模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置及测试方法与流程

本发明涉及基坑围护施工技术领域，尤其涉及一种模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置及测试方法。

背景技术：

近年随着国内地铁等基础设施建设的迅猛发展，排桩作为基坑围护结构的重要形式之一，对其承载及变形特性的研究一直是岩土工程领域内的热门课题。由于现场试验的经济性差，试验结果不可重复性，大多学者通过理论分析、模型实验和数值分析等方法开展相关研究。但大多数学者在开展模型试验过程中经常烦恼于难于合理、精确测出围护结构的深层水平位移。水平位移是分析围护结构变形特性的基础数据，准确获取相关数据是对合理分析围护结构的变形特性的基础，也是合理认识与设计围护结构的前提。故此，采取什么措施，合理测出围护结构深层水平位移是十分重要并具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置，能够合理、精确地测出维护结构的深层水平位移。

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，还提供一种模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置的测试方法，能够合理、精确地测出维护结构的深层水平位移。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置，包括顶部敞口的模型箱，模型箱内填入有砂土，砂土内固定有两排相对的模型桩，两排模型桩的外侧分别固定连接有沿着深度方向等间隔分布的横向布置的钢棒，各钢棒的外围活动套装有空心玻璃管，空心玻璃管的内端自由置于模型桩附近，空心玻璃管的外端贯穿并伸出模型箱外并且空心玻璃管固定在模型箱的被贯穿位置处，各钢棒的外端沿着空心玻璃管内自由伸出模型箱外并连接至一位移测量装置。

作为本发明的进一步改进，所述模型箱顶部敞口处在两排模型桩外侧的砂土处也装有伸入砂土内的位移测量装置。

作为本发明的更进一步改进，所述位移测量装置为百分表，各百分表共同连接至一数据采集设备。

作为本发明的更进一步改进，所述的两排模型桩外侧的钢棒、空心玻璃管和百分表均分别有七个。

作为本发明的更进一步改进，所述模型箱的两相对侧均开有七个圆形孔，各空心玻璃管的外端近端固定在相应圆形孔处。

作为本发明的更进一步改进，所述钢棒的内端通过热熔胶固定在模型桩上，空心玻璃管的外端近端通过热熔胶固定在模型箱的圆形孔处。

作为本发明的更进一步改进，所述空心玻璃管采用有机玻璃管。

作为本发明的更进一步改进，所述数据采集设备是应变仪。

为解决上述技术问题，本发明还采用的技术方案是，一种模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置的测试方法，该方法是通过沿着深度方向分多层开挖模型桩内的砂土，利用模型箱外的位移测量装置测量各钢棒的水平位移，以获得模型桩的深层水平位移。

作为本发明的进一步改进，该方法还在每开挖一层砂土后在两排模型桩内侧固定相对的围檩，以及架设支撑体系支撑相对的围檩。

与现有技术相比，本发明的模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置及测试方法的有益效果如下：

(1)通过在模型桩深度方向上布置能够在空心玻璃管内自由移动的钢棒，且钢棒一端连接模型桩，另一端连接位移测量装置，模型桩与钢棒会一同发生，从而能够合理、精确地测出模型桩的深层水平位移。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为基坑开挖模型试验装置示意图。

图2为基坑开挖模型试验装置连接示意图。

图3为桩体水平位移布置正面示意图。

图4为桩体水平位移示意图，位移为正表示桩顶向基坑坑内移动，位移为负表示桩顶向基坑坑外移动。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1-4，所述的模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置包括模型箱1，模型箱是尺寸为2200mm*1000mm*1500mm箱体结构，箱体框架采用方钢，箱体顶部敞口，前后两侧装有透明塑料板，左右两侧装有钢板。模型箱1内填入有砂土2。砂土2内固定有左右两排模型桩3，模型桩3的顶部与砂土2基本平齐，模型桩3的底部距离模型箱1的底部200mm，两排模型桩3之间的距离为530mm，左侧的模型桩3与模型箱1之间的距离为1050mm，右侧的模型桩3与模型箱1之间的距离为330mm。模型桩3先放入模型箱1内再填入砂土2。两排模型桩3的外侧分别固定连接有沿着深度方向等间隔分布的横向布置(即左右方向)的钢棒4，左侧的模型桩3外侧固定连接的钢棒4的长度长于右侧的模型桩3外侧固定连接的钢棒4的长度，钢棒4的直径为3-6mm，优选为5mm。各钢棒4的外围活动套装有空心玻璃管5，空心玻璃管5的直径为10mm。各空心玻璃管5的内端自由置于模型桩3附近，各空心玻璃管5的外端贯穿并伸出模型箱1相应侧外，以方便实验测试，并且空心玻璃管5固定在模型箱1的被贯穿位置处。各钢棒4的外端沿着空心玻璃管5内自由伸出模型箱1和空心玻璃管5外并连接至一位移测量装置6，伸出空心玻璃管5外是为了方便与位移测量装置6连接测试，用位移测量装置6测量钢棒4自由端位移。钢棒4可以在空心玻璃管5内自由运动，不受周围砂土体的影响，而模型桩3又因与钢棒4固定连接，因此模型桩3的位移传递给钢棒4，通过测量钢棒4的位移量即可获得模型桩3的位移量，因此两排模型桩3深度方向外侧各点的水平位移都可以通过模型箱1左右两侧深度方向布置的移测量装置6测量得到。

所述模型箱1的顶部敞口位置的砂土2上在两排模型桩3的外侧也装有伸入砂土2内的位移测量装置6，装在左侧模型桩3外侧砂土2内的位移测量装置6有五个，五个位移测量装置6中由接近模型桩3到远离模型桩3的方向每相邻的两个位移测量装置6之间的间隔距离依次是100mm、100mm、150mm、150mm。装入右侧模型桩3外侧砂土2内的位移测量装置6有三个，每相邻的两个位移测量装置6之间的间隔距离是100mm。所述位移测量装置6为百分表，各百分表共同连接至一数据采集设备，所述数据采集设备是应变仪。所述两排模型桩3的外侧的钢棒4、空心玻璃管5和百分表均分别有七个，左侧模型桩3外侧的七个钢棒4和右侧模型桩3外侧的七个钢棒4均沿深度方向等间隔分布，间隔距离为150mm，最上方的钢棒4距离砂土2顶面150mm。每个钢棒4的外围套有一个空心玻璃管5，因此每相邻的两个空心玻璃管5之间的间隔距离也是150mm，位于最上方的空心玻璃管5的中心距离砂土2顶面150mm，每个空心玻璃管5对相应的钢棒4的位移起到隔离与保护的作用。所述模型箱1的左右两相对侧的钢板上均开有沿深度方向等间隔分布的七个圆形孔1a，间隔距离为150mm，与模型桩3左右侧的空心玻璃管5一一对应，各空心玻璃管5的外端近端固定在相应圆形孔1a处。所述钢棒4的内端通过热熔胶固定在模型桩3上，空心玻璃管5的外端近端通过热熔胶固定在模型箱1的圆形孔1a处。所述空心玻璃管5采用有机玻璃管。

所述的模型试验基坑围护结构深层水平位移测试装置的测试方法，该方法是通过沿着深度方向分多层开挖模型桩3内的砂土2，利用模型箱1外的位移测量装置6测量各钢棒4的水平位移，以获得模型桩3的深层水平位移。开挖砂土2分为五层，第一层开挖深度为100mm，第二层开挖深度为200mm，第三层开挖深度为200mm，第四层开挖深度为200mm，第五层开挖深度为400mm。该方法还在每开挖一层砂土后在两排模型桩3内侧固定相对的围檩7，以及架设支撑体系8支撑左右相对的围檩7。开挖第一层之后，第一道支撑体系8架设在左右两边的模型桩3的最上端之间，具体是架设在左右两边的模型桩3的最上端连接的冠梁9之间，第一道支撑体系8与第二层内的第二道支撑体系8之间的间距为250mm，第三层内的第三道支撑体系8与第二层内的第二道支撑体系8之间、第四层内的第四道支撑体系8与第三层内的第三道支撑体系8之间、第五层内的第五道支撑体系8与第四层内的第四道支撑体系8之间的间距均为250mm。在实验过程中，量测结果非常理想，通过简单经济适用可靠的模型实验方法获取了围护结构的深层水平位移。

左右两边的模型桩3的最上端连接的冠梁9顶部也装有位移测量装置6，左侧的冠梁9顶部的位移测量装置6与左侧模型桩3外侧砂土2内最接近的位移测量装置6之间的距离是100mm。右侧冠梁9顶部的位移测量装置6与右侧模型桩3外侧砂土2内最接近的位移测量装置6之间的距离是100mm。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。