CN115897680A - 一种伺服钢支撑基坑模型试验装置 - Google Patents

Abstract

一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，包括模型箱，模型箱的内部竖向插接有围护结构挡板，围护结构挡板的迎土面和背土面对称设置应变片，同时在围护结构挡板的迎土面设置微型土压力盒，应变片和微型土压力盒与外部的读数装置电性连接，围护结构挡板与模型箱内侧壁之间还设置有若干块模型支撑，模型支撑与模型箱之间通过支撑调整端头连接，支撑调整端头通过电线与外部的轴力伺服控制终端电性连接，本发明可以根据具体试验方案在模型箱侧壁滑槽中灵活调整普通模型支撑和伺服模型支撑的施作位置和数量，通过轴力伺服控制终端及支撑调整端头调整支撑轴力和变形，并采用应变片和微型土压力盒同步监测围护结构变形、支撑构件变形和墙后土压力的变化情况。

Description

一种伺服钢支撑基坑模型试验装置

技术领域

本发明涉及基坑开挖模型试验领域，尤其涉及一种伺服钢支撑基坑模型试验装置。

背景技术

近年来，伺服钢支撑支护体系以其动态控制轴力的优越特性广泛应用于环境保护等级高的深基坑工程。基坑围护结构的变形与支撑布置型式、轴力设置及开挖工况等密切相关，此外，墙后土压力不同于传统的主动和静止土压力，其大小以及围护结构变形也随着基坑开挖和支撑轴力的不断调整而变化。由于实际工程中该支撑方式造价较高，且出于安全考虑，大多数现场不具备进行不同支撑组合设计下支撑轴力调整对支护结构变形和受力影响试验的条件，因此，为探究伺服钢支撑基坑在开挖过程中的变形、验证不同支撑设计对变形控制的效果，以及基坑围护结构和墙后非极限土压力的协调变形规律，有必要提出一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，包括模型箱，所述模型箱的几何尺寸满足与实际基坑工程相对应的几何相似比，模型箱的内部竖向插接有围护结构挡板，所述围护结构挡板的迎土面和背土面对称设置应变片，同时在围护结构挡板的迎土面设置微型土压力盒，所述应变片和微型土压力盒与外部的读数装置电性连接，所述围护结构挡板与模型箱内侧壁之间还设置有若干块模型支撑，所述模型支撑与模型箱之间通过支撑调整端头连接，所述支撑调整端头通过电线与外部的轴力伺服控制终端电性连接。

优选地，所述支撑调整端头包括电机、主动轮、从动轮、螺纹杆和微型千斤顶，所述微型千斤顶与伺服控制终端，通过轴力伺服控制终端控制微型千斤顶的伸缩实现支撑轴力的统一调整，螺纹杆顶部与微型千斤顶相连，其螺母与从动轮内侧紧密贴合，电机设置于支撑调整端头的下侧，并与主动轮相连。

优选地，所述述模型箱的前侧设置有观察窗，所述观察窗采用透光的有机玻璃制作，模型箱的其余三面和底板为钢板。

优选地，所述模型箱的内侧壁设有滑槽，以供支撑调整端头滑动安装和拆卸，模型箱左侧侧壁为可拆卸安装。

优选地，所述围护结构挡板与模型箱后壁的接触处涂抹有玻璃胶。

优选地，所述围护结构挡板的底端通过L型铝槽粘贴固接于模型箱的底板上。

优选地，所述应变片均匀间隔的粘贴在围护结构挡板表面沿深度方向上，所述微型土压力盒与围护结构挡板上对应的应变片位于统一水平高度，所述微型土压力盒与应变片用薄膜、胶带粘贴。

优选地，所述模型支撑的表面同时粘贴应变片和用于进行温度补偿的温度补偿片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明可以根据具体试验方案在模型箱侧壁滑槽中灵活调整普通模型支撑和伺服模型支撑的施作位置和数量，通过轴力伺服控制终端及支撑调整端头调整支撑轴力和变形，并采用应变片和微型土压力盒同步监测围护结构变形、支撑构件变形和墙后土压力的变化情况。相比部分基坑模型试验装置只能反映基坑开挖过程中某一特定工况，本发明可以模拟实际伺服钢支撑基坑工程中不同支撑组合设计下的基坑围护结构和伺服钢支撑的全过程工作状态，从而进一步探究伺服钢支撑轴力调整、围护结构变形和基坑开挖过程中土压力分布模式三者间的耦合关系，为相关问题的理论研究提供可靠的室内试验途径。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构主视图。

图2为的结构俯视图。

图3为本发明围护结构挡板底部固定示意图。

图4为本发明支撑调整端头结构示意图。

图中：1、模型箱，2、围护结构挡板，3、模型支撑，4、支撑调整端头，5、轴力伺服控制终端，6、读数装置，7、观察窗，8、滑槽，9、铝槽，10、玻璃胶，11—应变片，12、微型土压力盒，13、电机，14、主动轮，15、从动轮，16、螺纹杆，17、微型千斤顶，18、温度补偿片，19、砂土。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清晰，下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

请参考图1至图4， 本发明提供一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，用于模拟实际工程中不同支撑组合设计下基坑围护结构和伺服钢支撑的工作状态，伺服钢支撑基坑模型试验装置包括模型箱1、围护结构挡板2、模型支撑3、支撑调整端头4、轴力伺服控制终端5、以及用于实时监测变形和内力的传感器及配套的读数装置6。按照几何相似比确定模型箱1的几何尺寸，围护结构挡板2和模型支撑3分别根据抗弯刚度相似要求和抗压刚度相似要求选择材料和几何尺寸。

首先，安装好模型箱1和基坑围护结构挡板2。所述模型箱1前侧为观察窗7，采用透明的有机玻璃制作，便于观察，其余三面和底板为钢板，右侧侧壁设有滑槽8，以供支撑调整端头4滑动安装和拆卸，左侧侧壁可拆卸，便于基坑开挖，前后侧侧门可打开，便于试验结束后的卸土工作。所述围护结构挡板2如图3所示，底端采用L型铝槽9粘贴固接于模型箱底板，而实现围护结构挡板竖直方向上的固定，并在围护结构挡板2与模型箱后壁接触处通过玻璃胶10实现围护结构挡板2的固定，防止挡板与模型箱后壁之间的摩擦滑移和漏砂现象。

第二步，在围护结构挡板2上标注测试装置和支撑施作位置，并在伺服钢支撑施作位置对应的围护结构挡板2表面上沿深度方向均匀间隔粘贴应变片11，以测量围护结构挡板2的变形，在围护结构挡板2板后安装微型土压力盒12并与围护结构上对应的应变片11位于统一水平高度，以测量墙后土压力。所有设备线路保持一定弯曲，并用薄膜、胶带粘贴固定于围护结构挡板2上，防止墙后砂土干扰损坏。在对应的模型支撑3表面粘贴应变片11，用于测量伺服钢支撑轴力，并且还需要温度补偿片18以进行温度补偿，传感器装置中的应变片分别设置于模型支撑以及围护结构挡板表面，用于测得支撑轴力和围护结构变形。

第三步，按既定密度分层填入砂土19并压实，每次填砂后静置，直至坑顶。

第四步，依次开挖坑内砂土至各道支撑标高位置，并架设模型支撑3和支撑调整端头4直至坑底，通过读数装置6记录开挖到坑底时的支撑轴力、围护结构变形和墙后土压力，作为后续试验的初始状态。基坑开挖过程中，为模拟伺服钢支撑的“位移控制”策略，可以开启电机13，通过主动轮14和从动轮15传动调整螺纹杆16螺母的位置，调整伺服模型支撑3的轴力；模拟伺服钢支撑的“轴力控制”策略时，可以通过轴力伺服控制终端5控制支撑调整端头4内微型千斤顶17的顶推力，并且可以同时调整多道支撑的轴力，螺纹杆16顶部与微型千斤顶17相连，其螺母与从动轮15内侧紧密贴合，电机13设置于支撑调整端头4的下侧，并与主动轮14相连，电机13开启后通过齿轮啮合传动调整螺母的位置，从而实现伺服钢支撑的位移量控制。在调整过程中可根据测得的支撑应变反算支撑轴力，并根据围护结构应变反算围护结构变形，对支撑轴力，围护结构挡板变形进行实时监控。

第五步，在开挖完成后，调整伺服模型支撑数量和设置位置，重复上述过程，可模拟不同伺服钢支撑设计对围护结构变形的控制效果。

因此，本发明可以根据具体试验方案在模型箱侧壁滑槽中灵活调整普通模型支撑和伺服模型支撑的施作位置和数量，通过轴力伺服控制终端及支撑调整端头调整支撑轴力和变形，并采用应变片和微型土压力盒同步监测围护结构变形、支撑构件变形和墙后土压力的变化情况。相比部分基坑模型试验装置只能反映基坑开挖过程中某一特定工况，本发明可以模拟实际伺服钢支撑基坑工程中不同支撑组合设计下的基坑围护结构和伺服钢支撑的全过程工作状态，从而进一步探究伺服钢支撑轴力调整、围护结构变形和基坑开挖过程中土压力分布模式三者间的耦合关系，为相关问题的理论研究提供可靠的室内试验途径。

如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于，包括模型箱，所述模型箱的几何尺寸满足与实际基坑工程相对应的几何相似比，模型箱的内部竖向插接有围护结构挡板，所述围护结构挡板的迎土面和背土面对称设置应变片，同时在围护结构挡板的迎土面设置微型土压力盒，所述应变片和微型土压力盒与外部的读数装置电性连接，所述围护结构挡板与模型箱内侧壁之间还设置有若干块模型支撑，所述模型支撑与模型箱之间通过支撑调整端头连接，所述支撑调整端头通过电线与外部的轴力伺服控制终端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述支撑调整端头包括电机、主动轮、从动轮、螺纹杆和微型千斤顶，所述微型千斤顶与伺服控制终端，通过轴力伺服控制终端控制微型千斤顶的伸缩实现支撑轴力的统一调整，螺纹杆顶部与微型千斤顶相连，其螺母与从动轮内侧紧密贴合，电机设置于支撑调整端头的下侧，并与主动轮相连。

3.根据权利要求2所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述述模型箱的前侧设置有观察窗，所述观察窗采用透光的有机玻璃制作，模型箱的其余三面和底板为钢板。

4.根据权利要求3所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述模型箱的内侧壁设有滑槽，以供支撑调整端头滑动安装和拆卸，模型箱左侧侧壁为可拆卸安装。

5.根据权利要求4所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述围护结构挡板与模型箱后壁的接触处涂抹有玻璃胶。

6.根据权利要求5所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述围护结构挡板的底端通过L型铝槽粘贴固接于模型箱的底板上。

7.根据权利要求6所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述应变片均匀间隔的粘贴在围护结构挡板表面沿深度方向上，所述微型土压力盒与围护结构挡板上对应的应变片位于统一水平高度，所述微型土压力盒与应变片用薄膜、胶带粘贴。

8.根据权利要求7所述的一种伺服钢支撑基坑模型试验装置，其特征在于：所述模型支撑的表面同时粘贴应变片和用于进行温度补偿的温度补偿片。

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