降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响的试验装置的制作方法

本发明属于复杂环境深基坑开挖工程中的地下支护领域，具体涉及一种降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响的试装置及测试方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断发展，针对更大更综合建筑结构群的需求越来越多，随之而来的复杂环境下深基坑开挖支护问题也愈渐显著。尤其在我国沿海沿江(河)等地层含水量大、土质软弱而且易发生降雨的地区，建筑群建设工程、地下设施建设等涉及深基坑开挖的项目易发生支护破裂、地连墙倒塌等危害，加之多降雨气候条件易破坏基坑支护结构，造成施工延期、人员伤亡等众多工程危害。另外基坑开挖常采取分层开挖，支护轴力会随施工进程产生改变，易出现支撑失效、支护结构开裂等不利条件。因此有必要针对降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙的影响效应做更加深入的研究。

2、国内外相关学者针对降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响效应的研究方法主要是理论分析法、数值模拟法以及现场监测法。理论分析法是利用力学分析理论，通过假定对研究模型进行简化，但在一定程度上忽略了时空效应，不能准确考虑轴力伺服支撑与地连墙之间的复杂关系，并且计算过程繁琐；数值模拟方法通常采用大型商用软件，数值模型的建立对网格划分要求严格且计算耗时。此外，由于土工测试仪器设备的布置限制很难获得准确的土体物理力学参数，而土体参数的变化对数值模拟结果影响很大，且数值模型精细程度极大影响结果精确性，因此容易造成计算结果的偏差。现场监测方法是获取深基坑开挖时周围支护结构和土体变形的手段之一，但是受监测设备布置条件、环境干扰以及人为观察因素等限制，现场测试结果具有一定偏差，同时现场实时监测的工作量较大以及需要投入大量的人力物力，另一方面现场预埋测试传感器易在施工中被扰动和破坏，从而监测失效甚至获取到错误监测数据。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响的试验装置，能够实现对支撑轴力伺服系统作用的深基坑分层开挖施工行为的模拟，准确测量基坑周围支护结构及地层土体的动力响应并进行分析。

2、本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响的试验装置，包括：

3、模型箱，用于放置土体，一侧钻孔用于接测试仪器，另一侧底端钻孔用于安装排水装置；顶面设为开口，且设有锚孔便于固定降雨模拟架；

4、地连墙模型，放置于模型箱中土体内部，与模型箱中心对齐，其顶部与土体表面平齐；

5、多层底板模型，放置于地连墙之间的不同深度位置，用于隔离底部土体；

6、伺服钢支撑模型，放置于地连墙内部独立空间，用于支撑地连墙，其放置方向与地连墙垂直；

7、普通钢支撑模型，放置于地连墙内部独立空间，用于竖向支撑以及对照试验；

8、伺服控制系统，放置于模型箱外部，连接伺服钢支撑模型；

9、排水装置，固定在模型箱一侧打孔位置；

10、降雨模拟架，固定在模型箱顶面；

11、多个流量计，安置于降雨模拟架的进出水口；

12、多个测力传感器，放置于伺服钢支撑模型中，用于测量伺服轴力；

13、储水桶，放置于模型箱附近；

14、多个位移计，每个位移计均由传感器支架固定于土体的上表面或者土体内部；

15、多个百分表及预埋铝合金细管，与柔性钢丝配套，将探头固定在土体内部，或将探头通过铁片固定在地连墙表面；

16、多个电阻应变片，一部分竖向粘贴在模拟地连墙上，其余部分沿轴向粘贴在模拟钢支撑上。

17、进一步地，所述地连墙模型为四块薄铝合金板材围成的矩形棱柱，放置于模型箱中土体内部，顶部与土体表面平齐。

18、进一步地，所述传感器支架和降雨模拟架一体设置，通过竖直调节设计多组深入到土层不同深度的位移计来同时实现基坑地表及地层内部的沉降测量。

19、进一步地，所述伺服钢支撑模型还包括钢支撑和液压伺服装置，所述伺服控制系统与伺服钢支撑模型进行连接，获取测力传感器的轴力数据，按照预设轴力值进行调整，控制液压伺服装置的液压泵，使得实际轴力等于预设轴力值。

20、进一步地，所述伺服钢支撑模型或普通钢支撑模型放置于地连墙之间组成支护结构，每开挖一层土体立即设置该支护结构，竖向支撑由普通钢支撑构建；所述普通钢支撑模型与伺服钢支撑模型的尺寸大小相等，用于模拟未支撑轴力伺服的地连墙响应，通过对比研究支撑轴力伺服对地连墙的影响。

21、本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是还提供一种上述试验装置的测试方法，其中，包括如下步骤：s1)将多层底板模型放置于地连墙模型内部且分割出多个填土区域，完成土体填充；s2)通过去除每层底板之间的土体来模拟基坑分层开挖，通过设置底板放置深度控制每层开挖深度；s3)将排水装置联通输水阀门，通过控制和调节土体排水程度，模拟不同排水条件下支撑轴力伺服对地连墙的影响；s4)将降雨模拟架联通水泵、阀门及和流量计，通过预设降雨强度并测量降雨量，模拟不同降雨强度下支撑轴力伺服对地连墙的影响；s5)每开挖一层设置伺服钢支撑模型或普通钢支撑模型；采用伺服控制系统调节伺服钢支撑模型，使得支撑轴力保持恒定，从而模拟支撑轴力伺服对地连墙的影响，通过普通钢支撑模型的替换，实现有无支撑伺服的影响对照试验；s6)获取对地连墙的定量影响数据，包括地连墙变形、地连墙位移、周围土体位移以及钢支撑应力变化数据。

22、进一步地，所述步骤s1中多层底板模型中从最底层逐层填充土体且加盖底板，地连墙模型外部土体同步逐层填充，使得地连墙内外压力保持平衡。

23、进一步地，所述步骤s4控制降雨模拟架的进水阀门和出水阀门，实现模拟所需降雨强度条件，通过多次调节进水阀门和出水阀门，改变模拟降雨量大小，并控制伺服控制系统保持地连墙模型变形相对稳定，获取进水流量计、出水流量计的水流量数据来计算模拟降雨量，以及测力传感器的伺服轴力数据，将模拟降雨量和伺服轴力数据进行分析，实现模拟降雨强度下支撑轴力伺服对地连墙影响的定量试验。

24、进一步地，所述步骤s6包括：百分表通过预埋铝合金细管及其内部的柔性钢丝细线测量土体内部的单向位移，钢丝线一端连接埋在测点位置的探头，一端连接百分表，则测点处土体的移动将带动探头移动，铝合金细管可约束钢丝只在一个方向运动，精确测量测点处土体的单向位移。

25、进一步地，还包括设置储水桶容积为50升，为降雨模拟架提供水，以及储存降雨模拟架的未利用水和排水装置的排水，实现水的循环利用。

26、本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响的试验装置及测试方法，实现对支撑轴力伺服系统作用的深基坑分层开挖施工行为的模拟，准确测量基坑周围支护结构及地层土体的动力响应并进行分析。具有如下显著优点：1、本试验装置可以手工制作且成本较低，在相关科研中适用性、推广性良好，试验测试方案具有较强扩展性，可以进一步应用到不同温度、降水等条件下支撑轴力伺服对支护结构影响效应的研究中；2、本试验的多层底板模型分层放置与地连墙模型内部，并按照从最底层内外土体协同逐层铺设，内部每层土体加盖底板，从而实现不同分层开挖工况的细致模拟；3、本试验通过采用分层去除土体施加伺服钢支撑模型，可真实反映基坑开挖及支护工序，更好地提供实际开挖影响数据；4、本试验中通过降雨模拟装置，控制水泵阀门模拟不同降雨强度，获得不同降雨强度下的支撑轴力伺服对地连墙影响效应；5、本试验利用测力传感器和流量计，对降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙的影响进行定量分析；6、引入排水装置，更好体现实际地质环境的排水情况，通过控制输水阀门模拟不同排水条件下支撑轴力伺服对地连墙影响效应；7、本试验运用电阻应变片测量地连墙变形，并综合运用位移计和百分表来测量地连墙及周围土体多点、多向位移，使模拟结果更加丰富、更加可信；8、本试验加入普通钢支撑模型，通过与伺服钢支撑模型下地连墙响应进行对比研究，可分析降雨条件下伺服钢支撑模型对地连墙的作用效果；9、采用本套装置进行降雨条件下支撑轴力伺服对地连墙影响的模型试验及方法验证，可为深基坑工程现场施工提供良好的咨询与建议，对于制定降雨条件下基坑开挖安全技术标准以及支护结构安全保护措施提供一定的理论参考。