一种简易地下结构物浮力分析模型试验装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程技术领域，涉及一种简易地下结构物浮力分析模型试验装置，是一种土工室内试验装置，具体是在模型槽中填充饱和土体，将模型室埋设其中，通过测定模型室受到的浮力，分析地下结构浮力作用机理。

背景技术：

近年来随着地下空间（地下车站、地下道路、地下综合体等）开发规模迅速加大,地下结构的抗浮问题越来越引起工程界和学术界的重视，特别是在地下水位较高的地区,对于埋深浅而体量较大的地下结构而言,其抗浮设计是一个影响结构安全且涉及巨额造价的问题。但是,由于缺乏合理的理论指导及地下结构浮力问题的复杂性,人们对于如何确定地下结构上的浮力并没有统一的认识。不同的研究者通过理论分析、室内试验和现场实测得到的结论不尽相同。

从已有的研究来看,对于地下结构浮力问题目前最重要和可靠的研究手段仍是试验。当前浮力研究最常用的方法是开展现场试验，通过测定孔隙水压力间接反映浮力的大小。现场试验可以获得比较真实的场地孔隙水压力分布规律，为分析地下结构所受浮力提供基础数据。但是，该方法不能说明地下结构所在位置的孔隙水压力如何计算扬压力的问题，并且现场监测费时费力，费用昂贵。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种可直接测定浮力以及提高浮起状态判定的精确性的简易地下结构物浮力分析模型试验装置。

本实用新型包括底座、模型槽、第一模型室、第二模型室、第三模型室，所述底座固定在所述模型槽的外底面，所述模型槽底部设置排水口，在所述模型槽侧壁中部至下部依次设置三个测压孔，所述测压孔内连接测压管；所述第一模型室、第二模型室、第三模型室分别设置在所述模型槽内，所述第一、第二、第三模型室分别通过支撑杆件支撑在所述模型槽内，所述第一、第二、第三模型室的高度依次降低，第一、第二、第三模型室的上端处于同一水平面，三个所述测压管分别与所述第一、第二、第三模型室的底面对应于同一平面；所述第一、第二、第三模型室分别包括模型室侧壁、模型室顶板、模型室底板、至少两根模型室连接杆，各所述模型室连接杆固定在所述模型室顶板、模型室底板之间，各所述模型室连接杆的两端分别固定在所述模型室顶板、模型室底板的内侧面，所述模型室连接杆围绕模型室顶板、模型室底板中心对称设置，所述模型室顶板搁置在所述模型室侧壁的上顶端，所述模型室底板与所述模型室侧壁之间设有间隙；在所述模型室顶板的上端设置压重装置，观测装置，所述压重装置放置在所述模型室顶板的中心处，所述观测装置通过支架放置在所述模型室顶板上。

本实用新型在所述模型室底板与所述模型室侧壁侧壁之间设置止水胶带，所述止水胶带固定在所述模型室底板边缘。

本实用新型采用模型室底板和顶板固定连接，底板和侧壁之间存在间隙，采用止水胶带密封，顶板挂置在侧壁顶部。试验中受到浮力作用下，底板和顶板能浮起，在浮起瞬间，根据力的平衡，可直接测定所受浮力；通过架设在顶板观测架上的百分表，可以直接观测到底板浮起的位移量，精度达到0.01mm，能精准判定底板浮起状态。其可大幅度提高地下结构浮力模型试验的精度。

本实用新型在所述模型槽长度方向相对的两个侧壁上部分别设置三个第一连接孔，在所述模型槽宽度方向相对的两个侧壁上部分别设置一个第二连接孔，在所述模型室侧壁上部均布四个第三连接孔，各所述第一连接孔与相对应的各所述第三连接孔之间分别通过连接螺杆支撑连接，在两个第二连接孔及与所述第二连接孔在同一直线上的第三连接孔内贯穿一根连接螺杆，所述连接螺杆的两端分别穿过两个所述第二连接孔，连接螺杆端部通过螺母固定。模型室采用上述固定方式，其结构稳定，不影响测量精度。

本实用新型所述压重装置包括盛水的量杯、砝码，所述砝码放置在所述模型室顶板的中心，所述量杯放置在所述砝码上；通过往量杯中加注或抽取水来微调压重，使得底板处于悬浮状态。

本实用新型所述观测装置包括观测架、百分表，观测架居中放置在所述模型室顶板中心，所述观测架包括四根支撑腿、一个支撑平板，各所述支撑腿均匀固定在所述支撑平板下方，所述支撑腿支撑在所述模型室顶板上；所述百分表架设在所述支撑平板中心，所述百分表通过支架可拆卸式连接在所述连接螺杆上。通过观察观测装置百分表指针的偏转，觉得向量杯被抽取或注水，便于获得测量结果。

本实用新型所述模型室连接杆为四根，所述模型室连接杆绕所述模型室顶板的中心呈中心对称布置。四根模型室连接杆，使得模型室顶板和底板之间支撑更为稳定，防止连接松动发生单侧倾斜。

本实用新型所述测压管伸入所述模型槽内壁的长度不小于50mm。这种设置为了得到准确的数据。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3位模型室的一种结构示意图；

图4位模型室侧壁与底板连接示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，本简易地下结构物浮力分析模型试验装置，包括底座4、模型槽1、第一模型室2-1、第二模型室2-2、第三模型室2-3，底座4固定在模型槽1的外底面，模型槽1底部设置排水口15，排水口15连接排水管5，在模型槽1侧壁中部至下部依次设置三个测压孔16，测压孔内连接测压管3；第一模型室2-1、第二模型室2-2、第三模型室2-3分别设置在模型槽1内，第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3分别通过支撑杆件支撑在模型槽1内，第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3的高度依次降低，第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3的上端处于同一水平面，三个测压管3分别与第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3的底面对应于同一平面；第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3分别包括模型室侧壁12、模型室顶板11、模型室底板10、至少两根模型室连接杆13，各模型室连接杆13固定在模型室顶板11、模型室底板10之间，各模型室连接杆13的两端分别固定在模型室顶板11、模型室底板10的内侧面，模型室连接杆13围绕模型室顶板11、模型室底板10中心对称设置，模型室顶板11搁置在模型室侧壁12的上顶端，模型室底板10与模型室侧壁12之间设有间隙，在模型室底板10与模型室侧壁12之间设置止水胶带14，止水胶带14固定在模型室底板10边缘；在模型室顶板11的上端设置压重装置7，观测装置17，压重装置7放置在模型室顶板11的中心处，观测装置17通过支架放置在模型室顶板11上。

在模型槽1长度方向相对的两个侧壁上部分别设置三个第一连接孔18，在模型槽1宽度方向相对的两个侧壁上部分别设置一个第二连接孔19，在模型室侧壁12上部均布四个第三连接孔20，各第一连接孔18与相对应的各第三连接孔20之间分别通过连接螺杆6支撑连接，在两个第二连接孔19及与第二连接孔19在同一直线上的第三连接孔20内贯穿一根连接螺杆6，连接螺杆6的两端分别穿过两个第二连接孔19，连接螺杆6端部通过螺母固定。

压重装置7包括盛水的量杯21、砝码22，砝码22放置在模型室顶板11的中心，量杯21放置在砝码22上；通过往量杯21中加注或抽取水来微调压重，使得模型室底板10处于悬浮状态。

观测装置17包括观测架8、百分表9，观测架8居中放置在模型室顶板11中心，观测架8包括四根支撑腿23、一个支撑平板24，各支撑腿23均匀固定在支撑平板24下方，支撑腿23支撑在模型室顶板11上；百分表9架设在支撑平板24中心，百分表9通过支架可拆卸式连接在连接螺杆6上。

模型室连接杆13为四根，模型室连接杆13绕模型室顶板11的中心呈中心对称布置。

测压管3伸入模型槽内壁的长度不小于50mm。这种设置为了得到准确的数据。

该试验装置的操作步骤如下：

（1）将底座放置平稳，模型槽1放置在底座上，用水平尺检查是否放置水平；

（2）在模型槽1短边侧壁预留孔洞处安装测压管3，测压管3升入模型槽1内壁不小于50mm；

（3）关闭模型槽1排水阀门，在模型槽1中加注水，检查测压管3安装洞口、排水孔是否漏水，并检验测压管中水力连接是否畅通。检查完毕后，打开排水阀门，将模型槽1的水排尽；

（4）将止水胶布14缠绕在模型室底板10的侧壁，缠绕厚度略大于模型室底板11与模型室侧壁12之间的间隙，并在止水胶布14与模型室侧壁12的内侧接触面处涂润滑剂；

（5）通过预留孔洞，用螺杆和螺栓将模型室2-1、2-1、2-3固定在模型槽1上，保证三个模型室底板10下底面与对应的测压管3在同一水平面；

（6）将砝码和盛水的量杯均匀放置在模型室顶板11中心处；

（7）在模型槽1与模型室2-1、2-2、2-3之间填充土体（沙土、粉土、黏土等），分层夯实填筑；

（8）填筑完毕后，将模型槽1中加注水，待打开排水阀门，有稳定水流流出，并测压管3水头相应减少时，认为填充土体固结完毕，关闭排水阀门，并用钢尺测定此时模型槽1中水位高度；

（9）将观测架8放置在模型室顶板11中心处，用水平尺检查观测顶部圆形铁片是否水平，检查完毕后并将百分表9架设在观测架8的圆形铁片中心，并调零；

（10）不断减少砝码，在临近起浮状态时，通过抽取量杯中的水微调压重，观测百分表9指针是否转动，当发现指针转动时，通过向量杯中抽取和回注水，使百分表9指针微小来回转动，记录下此时压重和测压管水头高度。