一种挡土固定装置及不同深度水平位移测量试验装置的制作方法

1.本发明涉及一种挡土固定装置及不同深度水平位移测量试验装置。


背景技术：

2.基坑模型试验是验证涉及基坑土体力学变形特性的重要试验手段。目前，基坑模型试验的理论体系和监测手段已经取得了很大发展。设计基坑模型模拟基坑开挖工况，可采用相似理论确定基坑模型的合适缩尺比，通过对比基坑开挖前后的不同部位的变形规律、试验过程中模型内部的土压力分布等，分析基坑开挖过程中的基坑受力和变形特性。与原位试验相比，开展基坑模型试验可以人为控制和改变某些影响因素，从而便于分析某一影响因素对基坑变形和受力特性的影响，试验成本较低。
3.但是在目前的基坑模型试验设计中，还存在着有待改进之处。例如在一般的基坑模型试验中，模拟基坑挡土结构的挡土板是在填土过程中埋在土体里的，底部不固定，导致在基坑填土和开挖的试验过程中挡土板底部会产生水平和竖向位移。这就无法模拟实际基坑工程中挡土结构底部插入基岩的情况。同时，在现有的基坑模型试验中，测量挡土板不同深度处的水平位移较为困难，且挡土板不同深度处的水平位移又是实际基坑工程中一个重要的监测内容。因此，在基坑模型试验中，设计一种用于挡土板底部嵌固及不同深度水平位移的模型试验装置具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对现有基坑模型试验装置的不足，本发明提出一种结构简单、挡土板在测试过程中底部位置稳定、不会发生位移、可以测量不同深度的水平位置、且测量数据真实的挡土固定装置及不同深度水平位移测量试验装置。
5.本发明所述的一种挡土固定装置，其特征在于：包括吸附式固定装置、挡土板以及至少一套斜拉支撑；
6.所述吸附式固定装置由一对吸附底座组成，所述吸附底座分别吸附于模型箱相对的两内侧壁上，并保持两所述吸附底座正对；所述吸附底座的上支撑面设有卡槽，所述卡槽大小与所述挡土板的底部插接边相匹配；
7.所述挡土板和所述吸附底座通过插接的方式进行可拆卸连接，使所述挡土板竖向设置于模型箱内；
8.所述斜拉支撑包括斜拉杆、阻力板以及固定组件，所述斜拉杆的下端固接所述阻力板；所述斜拉杆的上端部通过所述固定组件可拆卸地安装于所述挡土板上，且所述斜拉杆均位于所述挡土板的同一侧。
9.进一步，所述斜拉杆的上端部内部中空形成套设于固定组件外部的中空腔，并在所述中空腔的腔壁端部设有用于与所述固定组件螺纹连接的内螺纹。
10.进一步，所述斜拉杆为圆形铝管，并在距斜拉杆的上端1/5～1/4处设有拐角γ，所述拐角γ为110
°
～130
°
。
11.进一步，所述挡土板的底部设有一排用于固定所述斜拉支撑的螺纹孔，目的是便于所述固定组件的部件穿过所述挡土板。
12.进一步，所述固定组件包括双头螺栓、螺帽以及垫片，所述双头螺栓穿设于所述挡土板的螺纹孔中，并与所述挡土板的螺纹孔螺纹连接；所述双头螺栓的一端与所述斜拉杆的上端部螺纹连接，另一端穿过所述挡土板后与所述螺帽螺纹连接；所述垫片夹设于所述挡土板与所述螺帽之间，使挡土板与螺帽紧密连接。
13.进一步，所述吸附底座为内置吸附装置的固定铁块，所述固定铁块通过所述吸附装置吸附于所述模型箱的内侧壁上，所述固定铁块的上表面开设有卡槽。
14.进一步，所述卡槽为对称的v型凹槽，所述挡土板的底部插接边为可与v型凹槽适配的v型凸边。
15.进一步，所述卡槽的夹角α为20
°
～45
°
，所述v型凸边的夹角β为20
°
～45
°
，与所述卡槽的夹角α角度一致，目的是便于挡土板底部插接边能插入所述卡槽内。
16.根据本发明所述挡土固定装置构建的不同深度水平位移测量试验装置，其特征在于：包括模型箱、至少一套所述挡土固定装置以及水平位移测量装置，
17.所述模型箱为上端敞口的空心箱体结构，用于盛放土体；
18.所述挡土固定装置对称设置于所述模型箱内，并保持两套所述挡土固定装置的挡土板平行正对；
19.所述水平位移测量装置包括若干根横梁、竖向导轨以及标注位移测距仪，所述横梁水平架装于所述模型箱的顶部；所述竖向导轨竖直可滑动地安装于所述横梁上，所述竖向导轨的下端部伸入所述模型箱内部，并在所述竖向导轨上底部安装所述测距仪，所述测距仪的检测端对准所述挡土板。
20.进一步，所述竖向导轨距离所述挡土板水平距离在10cm以内。
21.本发明利用土体存在内摩擦角的性质，在挡土板底部安装斜拉支撑。开展模型试验的土体开挖时，若挡土板底部产生侧向、竖向变形，土体在斜拉支撑尾部的圆形阻力板产生土压力，阻止挡土板底部产生侧向、竖向变形。同时，将挡土板底部插接边插入卡槽中，加强挡土板底部的固定效果。关于挡土板水平位移测量装置，在试验前分层填埋基坑土层时，填埋土层升至某一高度时，移动测距仪到填埋土层表面，在竖向导轨上测距仪的测量点位置，测量测距仪距挡土板的初始水平距离值，并在挡土板上标注测距仪所测量的水平观测点位置，然后继续填土。最后根据模型试验需要，在填土过程中，在挡土板上标注若干个测量点位置及通过测距仪测得的测距仪距挡土板的初始水平距离值。至此，在挡土板上标注了若干个测量点，在竖向导轨上，也标注了对应的若干个观测点。在基坑开挖过程中，当土体开挖至挡土板上的某个观测点位置时，移动竖向导轨使固定在竖向导轨上的测距仪达到标注的测量点位置，记录开挖后测距仪距挡土板的水平距离。该水平距离值与初始水平距离值的差值，就是土体开挖引起的挡土板在该深度的水平位移值。因此本发明可以解决模型试验中挡土板底部不能固定，且传统模型试验中挡土板不同深度位置的水平位移无法测量的问题。该方法可以模拟实际工程中挡土结构嵌入基岩的实际工况，并测量基坑模型试验中挡土板不同深度的水平位移值。
22.本发明的有益效果主要表现在：
23.(1)将可吸附的吸附底座固定于模型箱的内侧壁上，利用吸附底座固定挡土板底
部两端、在挡土板中间段的底部架设斜拉支撑，可限制模型试验的填土过程和土体开挖过程中挡土板的底部位移，还原了实际基坑工程中挡土结构嵌入基岩的实际情况，使模型试验贴切实际工程，具有科学性；
24.(2)采用在模型箱顶部固定横梁，在横梁的合适位置固定可滑动的竖向导轨，可利用固定在竖向导轨上的测距仪测量土体开挖过程中挡土板不同深度处的水平距离值，根据试验前后的水平距离值差值，可得到土体开挖引起的挡土板在不同深度处的水平位移值；
25.(3)采取措施简单易操作，与传统的未固定挡土板底部的模型试验相比，测量数据真实，具有科学性。
附图说明
26.图1是本发明挡土固定装置示意图；
27.图2是本发明挡土板的安装示意图；
28.图3是本发明吸附底座示意图；
29.图4是本发明斜拉支撑示意图；
30.图5是本发明的不同深度水平位移测量试验装置示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图进一步说明本发明。
32.参照附图：
33.实施例1本发明所述的一种挡土固定装置100，包括吸附式固定装置110、挡土板120以及多套斜拉支撑130；
34.所述吸附式固定装置110由一对吸附底座112组成，所述吸附底座112分别吸附于模型箱200相对的两内侧壁上，并保持两所述吸附底座112正对；所述吸附底座的上支撑面设有卡槽111，所述卡槽111大小与所述挡土板120的底部插接边121相匹配；
35.所述挡土板120和所述吸附底座112通过插接的方式进行可拆卸连接，使所述挡土板120竖向设置于模型箱200内；
36.所述斜拉支撑130包括斜拉杆131、阻力板132以及固定组件133，所述斜拉杆131的下端固接所述阻力板132；所述斜拉杆131的上端部通过所述固定组件133可拆卸地安装于所述挡土板120上，且所述斜拉杆131均位于所述挡土板120的同一侧。
37.所述斜拉杆131的上端部内部中空形成套设于固定组件外部的中空腔，并在所述中空腔的腔壁端部设有用于与所述固定组件螺纹连接的内螺纹。
38.所述斜拉杆131为圆形铝管，并在距斜拉杆131的上端1/5～1/4处设有拐角，所述拐角γ为110
°
～130
°
。
39.所述挡土板120的底部设有一排用于固定斜拉支撑130的螺纹孔，目的是便于所述固定组件133的双头螺栓1331穿过所述挡土板120。
40.所述固定组件133包括双头螺栓1331、螺帽1332以及垫片1333，所述双头螺栓1331穿设于所述挡土板120的螺纹孔中，并与所述挡土板120的螺纹孔螺纹连接；所述双头螺栓1331的一端与所述斜拉杆131的上端部螺纹连接，另一端穿过所述挡土板120后与所述螺帽1332螺纹连接，用所述螺帽1332将所述双头螺栓1331紧固在所述挡土板120上；所述垫片
1333夹设于所述挡土板120与所述螺帽1332之间，使挡土板120与螺帽1332紧密连接。
41.所述阻力板132为圆形板，并且所述阻力板132的外径大于所述斜拉杆131的外径，所述阻力板132可根据试验方案更改其面积和厚度。
42.所述吸附底座112为内置吸附装置的固定铁块，所述吸附底座112内置吸附装置1121，所述固定铁块1122通过所述吸附装置1121吸附于在垂直于挡土板方向的所述模型箱200内侧壁上，所述固定铁块1122的上表面开设有卡槽；所述固定铁块1122为长方体铁块，在长方体上方中侧挖出一v型凹槽，加工后的固定铁块的上表面成内凹的v型凹槽。所述卡槽111为对称的v型凹槽，v型凹槽的槽底封闭，所述挡土板120的底部插接边121为可与v型凹槽适配的v型凸边。根据试验需要，确定所述卡槽111在模型箱中的高度。所述固定铁块1122通过所述吸附装置1121吸附于在垂直于挡土板120方向的所述模型箱200内侧壁上。在模型试验的填土过程中，当填土至卡槽111处，将挡土板120的底部插接边121插入卡槽111内，以固定挡土板120的底部，限制挡土板120两端的板底水平变形。
43.所述卡槽111的夹角α为20
°
～45
°
，所述v型凸边的夹角β为20
°
～45
°
，与所述卡槽111的夹角α角度一致，目的是便于挡土板底部插接边能插入所述卡槽111内。
44.实施例2根据实施例1所述挡土固定装置构建的不同深度水平位移测量试验装置，包括模型箱200、两套所述挡土固定装置100以及水平位移测量装置300，
45.所述模型箱200为上端敞口的空心箱体结构，用于盛放土体；
46.所述挡土固定装置100对称设置于所述模型箱200内，并保持两套所述挡土固定装置的挡土板平行正对；
47.所述水平位移测量装置300包括若干根横梁310、竖向导轨320以及标注位移测距仪330，所述横梁310为钢横梁，并排水平架装于所述模型箱200的顶部；所述竖向导轨320竖直可滑动地安装于所述横梁310上，所述竖向导轨320的下端部伸入所述模型箱200内部，并在所述竖向导轨320上底部安装所述测距仪330，所述测距仪330的检测端对准所述挡土板120。
48.所述竖向导轨320距离所述挡土板120水平距离在10cm以内。
49.实施例3利用实施例2所述的不同深度水平位移测量试验装置测量挡土板水平位移的过程如下：
50.在填土过程中根据试验方案标注测距仪的位置，并测量测距仪距挡土板的初始水平距离值s1＝34.693mm，然后在挡土板120上标注测距仪330所测量的水平观测点位置，该点距挡土板顶部135mm。在进行基坑土体开挖时，当开挖至标注的测量点位置时，再次移动可滑动的竖向导轨320使测距仪330到达标注的测量点位置，记录开挖后测距仪330距挡土板120的水平距离s2＝34.400mm。该水平距离值与初始水平距离值的差值s2‑
s1＝
‑
0.293mm，就是土体开挖引起的挡土板120在该深度的水平位移值。当继续往下挖土100mm后，可以再次移动竖向导轨320使测距仪330到事先标注的同一个测量点位置，并测量测距仪330距挡土板120的水平距离s3＝33.597mm，该水平距离值与初始水平距离值的差值s3‑
s1＝
‑
1.096mm，就是进一步土体开挖100mm后引起的挡土板120在该深度的水平位移值。随着土体开挖的不断进行，可以按照上述步骤测得不同开挖阶段情况下测距仪330距挡土板120的水平距离值s
n
，并求出该水平距离值与初始水平距离值的差值s
n
‑
s1，就是进一步土体开挖后引起的挡土板120在该深度的水平位移值。
51.本发明特别适用于模拟实际工程中挡土结构嵌入基岩的模型试验，测量模型试验挡土板不同深度水平位移的模型试验。本发明可根据模型试验方案分别使用，也可将限制挡土板底部位移方法与测量模型试验的挡土不同深度水平位移的测量方法结合起来使用。
52.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。