CN109827883B - 一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置与试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种深基坑工程中模拟管道破裂工况下桩支护基坑稳定性及研究此工况下渗流特性的试验装置与试验方法，涉及建筑工程技术领域，所述装置包括模拟供水***、模拟基坑***、数据采集***，所述模拟供水***包括潜水泵（1）、储水箱（2）、供水管（3），所述模拟基坑***包括试验箱（4）和桩支护体系，试验箱（4）的侧面板（7）上设有管道开孔（8），试验箱（4）内设有桩支护体系，试验箱（4）内的供水管段中部开设有模拟破裂口，所述数据采集***包括土压力盒、渗压计。通过本装置的模拟与试验，分析不同的渗流工况下对桩支护基坑工程的影响、研究深基坑渗流条件下的渗流特性，并与实际结合，提高基坑支护工程的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种深基坑工程中模拟管道破裂工况下桩支护基坑稳定性及研究此工况下渗流特性的试验装置与试验方法。
技术背景
深基坑工程是指开挖深度超过5米（含5米），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。随着我国城市人口密度的不断增加和城市建设的发展，合理地开发与利用地下空间是城市可持续发展的要求。我国各大城市都在兴建或准备兴建地下工程，深基坑工程的设计与施工除需保证深基坑工程自身的技术合理与安全外，还需控制其施工对环境的影响。由于我国深基坑工程发展的历史不长，理论研究落后及工程经验人员技术水平的限制，我国近年来出现了一些基坑工程的事故，也出现了许多深基坑工程施工对环境造成有害影响的工程实例。
现在我国在岩土领域深基坑工程中对给排水管道破裂导致渗流条件下的基坑稳定性方面的研究较少，我国的现行规范，包括地方规范也没有在这方面给出明确规定或指导意见。在工程设计时也没考虑强渗流对基坑稳定性的不良影响。为追踪国际前沿技术、填补我国现行规范在此区域的空白、减少工程中的隐患，本发明开创性地针对工程管道破裂工况下的基坑稳定性研究，通过模型试验，分析工程管道破裂工况下各参数对基坑稳定性的影响，为以后的科研和工程设计提供依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种深基坑工程中模拟地下管道破裂工况下桩支护基坑稳定性的试验装置与方法，通过本装置的模拟与试验，分析不同的渗流工况下对桩支护基坑工程的影响、研究深基坑渗流条件下的渗流特性，并与实际结合，提高基坑支护工程的安全性。
采用的技术方案是:
一种深基坑工程中模拟管道破裂工况下桩支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟供水***、模拟基坑***、数据采集***。
模拟供水***包括潜水泵、储水箱、供水管路，潜水泵设置在储水箱内，供水管一端与设置在储水箱中的潜水泵的出水口连接，另一端回流到储水箱中。
模拟基坑***包括模拟基坑桩支护总成和模拟桩基坑开挖工况。
模拟基坑桩支护总成包括试验箱和桩支护体系。试验箱为箱体结构，试验箱的顶面板及正面板为可拆卸活动板，试验箱侧面板设有多个管道开孔，用以贯穿供水管，并用以满足试验过程中不同的管路与基坑间距及管线埋深，左右两侧面板上的管道开孔位置对应设置。供水管经管道开孔穿入试验箱内，试验箱内的供水管段中部开设有模拟破裂口，所述模拟破裂口为开孔工具钻孔，模拟破裂口为圆孔或半圆孔，尺寸为1mm-1cm。准备多组设置不同破裂口尺寸、类型的输水管段。所述供水管分为试验箱外的循环管路和试验箱内的模拟给排水管路，循环管路为弹簧骨架结构塑胶管，试验箱中模拟给排水管路为PPR管。
供水管上设有电磁流量计、压力变送器、控制球阀。所述供水管上位于试验箱外的进水端和出水端均分别设置电磁流量计、压力变送器，所述供水管上位于水泵起始端和水流回流段均设置控制球阀。
试验箱内设有桩支护体系，包括桩体、桩底座、桩冠梁，所述桩底座、桩冠梁上分别开设有桩体插孔，插孔的数量与桩体的数量相同，孔径与桩体的外径相同。桩体与桩底座、桩冠梁经插孔插接相连，桩冠梁与桩底座分别与试验箱的顶部及底板固定连接。多个桩体竖直设置，桩体的下端分别***桩底座的插孔中。
试验箱底部的底板近正面板位置处设置固定桩底座的凹槽，凹槽尺寸与桩底座尺寸相对应，桩底座嵌入到试验箱底板上的凹槽内以便于固定，试验箱顶部对应位置固定桩冠梁。
桩冠梁上开设有一排桩体插孔，桩体插孔的数量与桩体的数量相同，孔径与桩体的外径相同，桩体的上端分别***冠梁上的桩体插孔内，桩冠梁下方两侧开设有卡座，桩冠梁与试验箱上部用卡座固定连接。
模拟桩基坑开挖工况，试验箱的正面板为可拆卸活动板，以模型桩外沿处为基坑开挖边线，模型桩外沿距试验箱正面板距离为10cm，填土时保证正面板安装牢固。以保证整体均匀填土并均匀夯实。以避免模型桩体处填土不均，且可以模拟原状土的层理结构。模拟开挖工况时拆除正面板，然后沿模型桩体处开挖基坑。以保证工作逻辑与实际工程保持一致。
所述数据采集***包括土压力盒、渗压计，所述土压力盒布置于试验箱箱底及箱壁中央位置，所述渗压计分布设置于土体中。
所述土压力盒采用微型应变土压力计，布置于试验箱箱底及箱壁中央位置。所述渗压计以管道破损处为圆心，采用半球形布设。共布设两层，半径分别为100mm和200mm。以监测试验过程中管道破损处的土体内水分的渗透路径、渗透压力及水利梯度。所述数据采集***使用静态电阻式应变采集箱采集传感器试验数据并上传到计算机。
所述数据采集***还可包括应变片，所述应变片贴在模拟给排水管线及模型桩上。
所述传感器包括土压力盒、渗压计、应变片等监测元器件。
基于所述模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置的试验方法包括如下步骤：
1.准备土料，将砂土筛网过筛，得到1mm以下不同粒径区间的砂土，再根据试验人员制定的级配方案调配；
2.将将传感器连接至静态电阻式应变采集箱的采集通道上，对传感器预处理（浸泡或平衡读数）；
3.准备土浸润专用袋，将按照级配方案调配好的土样烘干，然后称重，每次取40公斤土样进行土样配水，含水率数值采用试验既定土样干密度时的持水含水率。搅拌均匀后装袋密封，静置24h后使用；固定模型桩体；
4.将试验箱侧面板上预留不用的管道开孔封住；
5.布设渗压计；
6.向试验箱内填土，布置传感器线束；
7.将试验箱桩正面板拆下，将桩前土挖开；
8.将监测设备采集仪连接至电脑，打开采集仪配套软件，同时打开试验电气设备的电源及试验电气设备监测软件；
9.打开供水管线上的控制球阀，接通水泵；
10.调节控制球阀开度至预设的管道压力，开始试验；
11.试验过程中根据管道破裂口泄露流量、渗流情况、传感器实时反馈的数据及预设试验方案调整供水***压力及流量；
12.数据采集。
本发明能为给排水管道破裂工况下的基坑支护提供实验与模拟，进而分析此工况对工程安全的影响，提高支护作业的安全系数。
附图说明
图1是本发明的模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置结构示意图；
图2是模型桩底座结构示意图；
图3是桩冠梁结构示意图；
图4是桩支护体系分解示意图；
图5是水路原理图；
图6是渗压计布设示意图；
图7是初步试验的成果，试验原始数据经过处理后得到在不同的供水管线内部压力流量下，土体中各个传感器位置处的超孔隙水压力；
图8是初步试验时，模拟基坑破坏形式及破坏位置。
图中部件：1为潜水泵、2为储水箱、3为供水管、4为试验箱、5为顶面板、6为正面板、7为侧面板、8为管道开孔、9为底板、10为桩底座、11为桩体、12为桩冠梁、13为卡座、14为桩体插孔、15为电磁流量计、16为压力变送器、17为控制球阀。
具体实施方式
一种深基坑工程中模拟管道破裂工况下桩支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟基坑支护体系，模拟基坑开挖工况，模拟供水***，数据采集***。
模拟供水***，包括潜水泵1，储水箱2和供水管路3。供水管3与设置在储水箱中的潜水泵1的出水口连接，另一端回流到储水箱2中。供水管分为试验箱外的循环管路和试验箱内的模拟给排水管路，供水管采用弹簧骨架结构塑胶管和PPR管，循环管路使用弹簧骨架结构塑胶管，试验箱中模拟给排水管路处使用PPR管。PPR管中央处设置模拟破裂口，破裂口为圆孔或半圆孔，破裂口尺寸为1mm-1cm ，优选1mm-6mm。并准备多组设置不同破裂口尺寸、类型的输水PPR管段。输水管路上分别装设有压力变送器16、电磁流量计15和多组控制球阀17。试验箱侧面板设有九组管道开孔8。间距150mm呈正方形阵列排布。距离模型桩体11最近处的管道开孔8与模型桩体11的距离为200mm，以满足试验中不同的基坑与管道间距要求、不同的管道埋深的要求。
模拟基坑桩支护总成包括试验箱4和桩支护体系。试验箱的顶面板5及正面板6为可拆卸活动板。试验箱底部设置固定桩底座的凹槽，顶部设置固定冠梁的卡座13。
模拟桩基坑开挖工况，试验箱的正面板6为可拆卸活动板，以模型桩体11外沿处为基坑开挖边线，模型桩外沿距试验箱正面板距离为10cm，填土采用分层方式，填土时保证正面板6安装牢固。以保证整体均匀填土并均匀夯实。以避免模型桩体处填土不均，且可以模拟原状土的层理结构。模拟开挖工况时拆除正面板6，然后沿模型桩体处开挖基坑，并逐层挖除桩体后和板前土。以保证工作逻辑与实际工程保持一致。
桩支护体系，包括多个桩体11，桩底座10和桩冠梁12。
所述桩底座10为双层17mm厚亚克力板开孔后用专用UV无影胶粘接在一起，其上开设有桩体插孔14，桩体插孔14的数量与桩体的数量相同，孔径与桩体的外径相同。多个桩体11竖直设置，桩体11的下端分别***桩底座10的桩体插孔14内。桩底座10嵌入到试验箱底板9上的凹槽内以便于固定。
桩冠梁12由多层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成，最底层有机玻璃板局部车薄10cm以形成卡座13以便于与试验箱固定。冠梁上开设有一排桩体插孔14，桩体插孔的数量与桩体的数量相同，孔径与桩体的外径相同。桩冠梁12扣设在桩体11的上端并与试验箱上部用卡座13固定连接，且桩体的上端分别***桩冠梁21上的桩体插孔内。桩支护体系整体放置在试验槽内，并在试验糟内充填土到设定高度。
数据采集***，包括管路压力流量监测采集***及渗流试验数据采集***。
所述管路压力流量监测采集***为供水***中的压力变送器16及电磁流量计15的数据监测及采集。以便于试验过程中试验人员随时了解管路内的水流情况，并可用于试验后期数据处理。
所述渗流试验数据采集***包括土压力盒及渗压计，土压力盒采用微型应变土压力计，主要布置于试验箱箱底及箱壁中央位置，用于监测渗流过程中整体土压力的变化情况。
渗压计是用于长期量测孔内或地层渗透水流压力的仪器, 渗压计由弹性薄板、应变敏感元件、密封壳及引出电缆四部分组成。
渗压计以管道破损处为圆心，采用半球形布设。共布设两层，半径分别为100mm和200mm。以监测试验过程中管道破损处的土体内水分的渗透路径、渗透压力及水利梯度。（试验初期为了防止由于土***移或空腔导致传感器移位，将传感器用细钢筋棍连接成整体）。埋设时应使透水石迎向水流的方向，以此较准确的测量动水压力。
所述渗流试验数据采集***还可包括应变片，电阻应变片工作原理是基于金属的应变效应（金属丝的电阻值随其变形的大小而发生相应变化的现象，R=ρL/A）。将应变片贴在模拟给排水管线及模型桩体上，使其随着被测定管线的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短，其电阻也会随之近似线性变化。
应变片一般根据受力状态及监测目的利用惠斯登电路的单桥、半桥和全桥接法进行应变的测量。本次监测中，因管线的受力变形状态比较简单清晰且最关心拉压受力状态，我们利用惠斯登电路的单桥连接方式，并对每一组测点采用专一的温度补偿以抵消温度等对数据的影响。由于应变引起的电阻变化非常微小，一般采用惠斯登电桥电路进行测量并进行信号放大得到相应的清晰信号。
实施例1
一种深基坑工程中模拟管道破裂工况下桩支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟基坑支护体系，模拟基坑开挖工况，模拟供水***，数据采集***。
模拟供水***，包括潜水泵1，储水箱2和供水管路3。供水管3与设置在储水箱中的潜水泵1的出水口连接，另一端回流到储水箱2中。供水管分为试验箱外的循环管路和试验箱内的模拟给排水管路，供水管采用弹簧骨架结构塑胶管和PPR管，循环管路使用弹簧骨架结构塑胶管，试验箱中模拟给排水管路处使用PPR管。PPR管中央处用钻孔工具钻1个圆孔，孔径范围为1mm-10mm，初次试验采用6mm圆孔。所有管路统一使用40mm管径，在供水管路上，试验箱外部左端水流进入试验箱处设置一组压力变送器16和电磁流量计15，试验箱外部右端水流流出试验箱处设置一组压力变送器16和电磁流量计15。供水管3上位于水泵起始端和水流回流端设置控制球阀17。
潜水泵1型号为QDX8-18-0.75。规格为：泵水压力2.0bar，流量为 7立方每小时，出水口管径40mm。压力变送器16型号为HX-L61。量程为0-0.1Mpa。电磁流量计15型号为YY-LED。压力范围为0-4Mpa，流速0.1-1.5m/s。
试验箱侧面板设有九组管道开孔8，间距150mm呈正方形阵列排布，孔径40.5mm，距离模型桩体11最近处的管道开孔8与模型桩体11的距离为200mm，以满足试验中不同的基坑与管道间距要求、不同的管道埋深的要求。
模拟基坑桩支护总成包括试验箱4和桩支护体系。为了保证透明及强度，试验箱采用17mm厚亚克力板拼装，尺寸为600*600*800mm，试验箱板块间使用螺栓加固，底板和侧面板连接处使用3mm厚角钢及6mm螺栓杆加强，试验箱的顶面板5及正面板6为可拆卸活动板。试验箱底部设置固定桩底座的凹槽，顶部设置固定冠梁的卡座13。桩底座10为双层17mm厚亚克力板开孔后用专用UV无影胶粘接在一起。桩冠梁12由多层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成，最底层有机玻璃板局部车薄10cm以形成卡座以便于与试验箱固定。
模拟桩基坑开挖工况，试验箱的正面板6为可拆卸活动板，以模型桩体11外沿处为基坑开挖边线，模型桩外沿距试验箱正面板距离为10cm，填土采用分层方式，每层控制在5cm厚并夯实。填土时保证正面板6安装牢固。以保证整体均匀填土并均匀夯实。以避免模型桩体处填土不均，且可以模拟原状土的层理结构。模拟开挖工况时拆除正面板6，然后沿模型桩体处开挖基坑，并逐层挖除桩体后和板前土。以保证工作逻辑与实际工程保持一致。
桩支护体系，包括十一个桩体11，桩底座10和桩冠梁12。
所述桩底座10为双层17mm厚亚克力板开孔后用专用UV无影胶粘接在一起，其上开设有桩体插孔14，桩体插孔14的数量与桩体的数量相同，孔径与桩体的外径相同。十一个桩体11竖直设置，桩体11的下端分别***桩底座10的桩体插孔14内。桩底座10嵌入到试验箱底板9上正对于冠梁处的凹槽内以便于固定。桩冠梁、桩底座上的桩体插孔均为通孔。
桩冠梁12由两层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成，最底层有机玻璃板局部车薄10cm以形成卡座13以便于与试验箱固定。冠梁上开设有一排桩体插孔14，桩体插孔的数量与桩体的数量相同，孔径与桩体的外径相同。桩冠梁12扣设在桩体11的上端并与试验箱上部用卡座13固定连接，且桩体的上端分别***桩冠梁21上的桩体插孔内。
桩支护体系采用圆柱形有机玻璃，桩径20mm，桩间距30mm，桩中心距50mm。
桩支护体系整体放置在试验槽内，并在试验糟内充填土到冠梁底部。
数据采集***，包括管路压力流量监测采集***及渗流试验数据采集***。
所述管路压力流量监测采集***为供水***中的压力变送器5及电磁流量计6的数据监测及采集。所述渗流试验数据采集***，包括应变片，土压力盒及渗压计。
土压力盒采用微型应变土压力计，型号为BWT-5。总数为5个，分别布置于试验箱箱底中央位置及试验箱箱壁中央位置。用于监测渗流过程中整体土压力的变化情况。
渗压计型号为DMKY。是用于长期量测孔内或地层渗透水流压力的仪器, 渗压计由弹性薄板、应变敏感元件、密封壳及引出电缆四部分组成。
应变片型号为BF1K-3AA。将应变片贴在模拟给排水管线的中间位置处，及最中央一根模型桩体的中间位置处。
渗压计以管道破损处为圆心，采用半球形布设，共布设两层，半径分别为100mm和200mm。以监测试验过程中管道破损处的土体内水分的渗透路径、渗透压力及水利梯度。（试验初期为了防止由于土***移或空腔导致传感器移位，将传感器用细钢筋棍连接成整体）。埋设时应使透水石迎向水流的方向，以此较准确的测量动水压力。
本次试验采用的是高灵敏渗压计，该微型传感器体积很小，长 16 mm，直径 28mm。具有精度高，高频动态响应，温度范围宽，长期稳定好的优点。量程为0~0.1MPa，分辨率%F·S≤0.05，阻抗350Ω，绝缘电阻MΩ≥200。
所述数据采集***使用静态电阻式应变采集箱采集传感器试验数据并上传到计算机。
所述传感器包括土压力盒、渗压计、应变片等监测元器件。
试验方法：
1.准备土料，将砂土筛网过筛，得到1mm以下不同粒径区间的砂土，再根据试验人员制定的级配方案调配。
2.将传感器连接至静态电阻式应变采集箱的采集通道上，对传感器预处理（浸泡或平衡读数）；
3.准备土浸润专用袋，将按照级配方案调配好的土样烘干，然后称重，每次取40公斤土样进行土样配水，含水率数值采用试验既定土样干密度时的持水含水率。搅拌均匀后装袋密封，静置24h后使用；
4.在试验箱里布置模型桩底座，将模型桩做简单的修正，***桩底座中固定。并盖上冠梁，并将冠梁卡在试验箱顶部预设的卡槽中。
5.将试验箱侧壁的有机玻璃板处不用的管道开孔用透明胶带及橡胶塞封住，防止填土过程中土样及土中水分泄漏。
6.将渗压计按预设方案用热熔胶或AB胶固定在传感器支架上。整理好线束。
7.向实验槽内填土并夯实，填土过程中对照试验人员设计的方案将监测传感器设备布设到土体中相应的位置。
8.当填土至箱顶面时停止填土。
9.将试验箱桩前面板拆下，将桩前土挖开。
10.将采集仪连接至电脑。打开采集仪配套软件。同时打开试验电气设备的电源及试验电气设备监测软件。
11.布设数码相机用于监控管线破裂后基坑渗流过程。
12.打开供水管线上的控制球阀，接通水泵。观察试验电气设备及传感器采集设备数据。确认无异常后调节阀门开度至预设的管道压力，开始试验。
13.试验过程中根据管道破裂口泄露流量、渗流情况、传感器实时反馈的数据及预设试验方案调整供水***压力及流量。
14.管道压力流量数据流可以确定实验开始和结束的时间节点，传感器数据可以找出每次调整管道水压力后渗流场稳定时的时间节点。根据这些时间节点，可以找出并记录从土体开始破坏至破坏状态稳定的全部传感器数据。
试验原理：
本发明能为给排水管道破裂工况下的基坑支护提供实验与模拟，可以分析不同渗流强度、时效条件下，基坑边坡土体的渗流场特征。也可以分析相同渗流强度条件下，不同时间段、不同类型(渗透系数)基坑边坡土体的渗流场、应力场、位移场特征，研究土质强度对渗流场的影响。进而分析此工况对工程安全的影响，提高支护作业的安全系数。
试验初步成果
实验数据预处理
1.检查数据流，观察数据是否有异常。
2.根据管道压力流量数据流找出实验开始和结束的时间节点。
3.根据数据流找出每次调整管道水压力后渗流场稳定时的时间节点，并记录此时各个传感器的数据。
4.根据数据流找出模拟基坑土体破坏开裂时的时间节点，记录土体开始破坏至破坏状态稳定的全部传感器数据。
实验数据计算
1.由于应变引起的电阻变化非常微小，一般采用惠斯登电桥电路进行测量并进行信号放大得到相应的清晰信号。
2.传感器工作原理是基于金属的应变效应（金属丝的电阻值随其变形的大小而发生相应变化的现象，）。传感器内部应变片随着被测液体压强变化伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短，其电阻也会随之近似线性变化。
3.传感器出厂前已做好量程标定，传感器的测量压力与传感器的应变量基本线性相关。
4.计算公式为：传感器量测值（Kpa）＝传感器标定量程×量测的微应变量÷传感器微应变总量
实验数据整理筛选
1.由于采集仪数据采集间隔为2s，实验持续时间通常为1—2小时。实验数据流非常多。所以要对数据做整理筛选工作。
2.检查数据流中是否有异常波动，判断是否为传感器故障。
3.根据管道压力流量数据流找出实验过程中每次调整管道压力的时间节点。
4.在节点时间后筛选出每次调整管道水压力后传感器数据稳定时的实验数据。
5.筛选出来的数据整理，做成数据图表并拟合出曲线。
在初步试验中，我们已经使用该套设备及方法取得了较好的成果。图8为模拟基坑的稳定性达到极限状态后，由于土体中的渗透压力继续增大，土体中细颗粒流失。最终导致基坑侧壁严重破坏。图8中的模拟基坑破坏形式与实际工程中的渗流导致的基坑侧壁塌陷形式几乎一致。我们通过试验过程中管路上下两端的压力计及电磁流量计，可以计算出模拟给排水管线破裂口处的喷射压力及泄露流量。通过试验箱内部的传感器可以监测到试验过程中土体内部土压力变化及土体内部渗流场的分布等重要数据。图7为部分数据经过整理拟合后做出的图表。
Claims (8)
1.一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置,其特征在于，所述装置包括模拟供水***、模拟基坑***、数据采集***，所述模拟供水***包括潜水泵(1)、储水箱(2)、供水管(3)，潜水泵(1)设置在储水箱(2)内，供水管(3)一端与潜水泵(1)的出水口连接，另一端回流到储水箱(2)中；
所述模拟基坑***包括试验箱(4)和桩支护体系，试验箱(4)的顶面板(5)及正面板(6)为可拆卸活动板，试验箱(4)的侧面板(7)上设有管道开孔(8)，试验箱(4)内设有桩支护体系，包括桩底座(10)、桩体(11)、桩冠梁(12)，所述桩底座(10)、桩冠梁(12)上分别开设有桩体插孔(14)，桩体(11)与桩底座(10)、桩冠梁(12)经桩体插孔(14)插接相连，桩冠梁(12)与桩底座(10)分别与试验箱(4)的顶部及底板(9)固定连接；
所述供水管(3)经管道开孔(8)穿入试验箱(4)内，试验箱(4)内的供水管段中部开设有模拟破裂口，供水管(3)上设有电磁流量计(15)、压力变送器(16)、控制球阀(17)；
所述数据采集***包括土压力盒、渗压计，所述土压力盒布置于试验箱箱底及箱壁中央位置，所述渗压计分布设置于土体中；所述试验箱(4)的底板上靠近正面板位置处设置固定桩底座的凹槽，凹槽尺寸与桩底座尺寸相对应；试验箱顶部对应位置固定桩冠梁(12)，桩冠梁(12)下方两侧开设有卡座(13)，桩冠梁(12)与试验箱(4)顶部经卡座固定连接；
所述供水管(3)分为试验箱外的循环管路和试验箱内的模拟给排水管路，循环管路为弹簧骨架结构塑胶管，试验箱中模拟给排水管路为PPR管。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置，其特征在于，所述模拟破裂口为开孔工具钻孔，模拟破裂口为圆孔或半圆孔，尺寸为1mm-1cm。
3.根据权利要求1所述的一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置，其特征在于，所述供水管(3)上位于试验箱外的进水端和出水端上分别设置电磁流量计(15)、压力变送器(16)，所述供水管(3)上位于水泵起始端和水流回流端设置控制球阀(17)。
4.根据权利要求1所述的一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置，其特征在于，所述土压力盒采用微型应变土压力计，布置于试验箱箱底及箱壁中央位置；所述渗压计以管道破损处为圆心，采用半球形布设，共布设两层，半径分别为100mm和200mm，以监测试验过程中管道破损处的土体内水分的渗透路径、渗透压力及水利梯度。
5.根据权利要求1所述的一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置，其特征在于，所述数据采集***还可包括应变片，所述应变片贴在模拟给排水管线及模型桩上，所述数据采集***使用静态电阻式应变采集箱采集传感器试验数据并上传到计算机。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验装置，其特征在于，所述装置适用于砂土基坑，粘粒含量小于5％。
7.根据权利要求1所述的试验装置的模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)准备土料，将砂土筛网过筛，得到1mm以下不同粒径区间的砂土，再根据试验人员制定的级配方案调配；
2)将传感器连接至静态电阻式应变采集箱的采集通道上，对传感器预处理浸泡或平衡读数；
3)准备土浸润专用袋，将按照级配方案调配好的土样烘干，然后称重，每次取40公斤土样进行土样配水，含水率数值采用试验既定土样干密度时的持水含水率；搅拌均匀后装袋密封，静置24h后使用；固定模型桩体；
4)将试验箱侧面板上预留不用的管道开孔封住；
5)布设渗压计；
6)向试验箱内填土，布置传感器线束；
7)将试验箱桩正面板拆下，将桩前土挖开；
8)将监测设备采集仪连接至电脑，打开采集仪配套软件，同时打开试验电气设备的电源及试验电气设备监测软件；
9)打开供水管线上的控制球阀，接通水泵；
10)调节控制球阀开度至预设的管道压力，开始试验；
11)试验过程中根据管道破裂口泄露流量、渗流情况、传感器实时反馈的数据及预设试验方案调整供水***压力及流量；
12)数据采集。
8.根据权利要求7所述的试验装置的模拟深基坑工程管道破裂工况下排桩支护基坑稳定性研究的试验方法，其特征在于，所述步骤6)具体为以模型桩体外沿处为基坑开挖边线，填土采用分层方式，填土时保证正面板安装牢固，填土均匀夯实，模拟原状土的层理结构；所述步骤7)具体为模拟开挖工况时拆除正面板，然后沿模型桩体处开挖基坑，并逐层挖除桩体后和板前土，以保证工作逻辑与实际工程保持一致。
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