CN209723061U

CN209723061U - 砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置

Info

Publication number: CN209723061U
Application number: CN201920077470.6U
Authority: CN
Inventors: 李娴; 罗翔; 汪亦显; 周庭国; 王艳巧; 李迎雪; 解晓琨; 洪梓扬; 王占云; 李禹�
Original assignee: Hefei Polytechnic University
Current assignee: Hefei Polytechnic University
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2029-01-17

Abstract

本实用新型涉及力学试验装置的技术领域，具体涉及砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置。包括外箱和内箱，所述内箱位于外箱内；内箱上端四个直角处分别设有位移传感器，内箱的底部中心设有应变片，应变片通过直杆连接着数显推拉力计的下端，数显推拉力计的上端连接着支杆的杆身，支杆平行于外箱的纵向中心线布置，且可沿外箱横向边框的上边缘滑动；外箱的底部中心通过管道连通着外部的水箱，管道的进水端设有水泵，外箱的底部中心对应着管道的出水端设有片状海绵，片状海绵的面积占外箱底部面积的70%~80%。本实用新型采用缓冲机构，进水时使水流均匀缓慢通过砂土，避免水流与砂土接触时，由于速度过快造成土层冲刷，形成小范围管涌。

Description

砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及力学试验装置的技术领域，具体涉及砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置。

背景技术

随着经济的发展，大中型城市建设用地日益紧张，地下空间的开发规模越来越大，带地下室的高层建筑以及地下车库、下沉式广场等得到广泛利用。土体的孔隙和岩体的裂隙赋存大量的地下水，对地下结构会产生浮力作用；若浮力过大将会造成结构上拱或上浮失稳破坏，影响结构的安全；而对地下结构地基而言，松散状态下砂土地基是一种软弱地基，强度低，稳定差，在地下水浮力作用下更易造成地层和结构变形，同时地下水浮力与土压和孔隙水压有着密切的关联。因此，开展砂土地基中地下水对地下结构的浮力作用效应的研究具有重要科学意义；目前模拟地下水浮力作用效应主要采用如下形式：地下结构静水浮力模型，该模型通过调整砝码与水的质量模拟地下结构模型即内箱达到浮力破坏的临界状态，最终得到浮力的大小，但是其水流从进水口流入时会直接与土层接触，容易使接触土层形成冲刷，造成小范围管涌现象，砂土地基中更易形成管涌现象。

实用新型的内容

本实用新型解决背景技术中的问题，可以模拟不同孔隙比的砂土条件测得相应的地下水浮力，在模拟不同孔隙比的砂土条件时，向砂土中注水不会产生管涌现象，影响试验。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，包括外箱1和内箱2，所述内箱2位于外箱1内，外箱1设置于底架16上；所述内箱2上端四个直角处分别设有位移传感器9，内箱2的底部中心设有应变片5，应变片5通过直杆连接着数显推拉力计4的下端，数显推拉力计4的上端连接着支杆3的杆身；所述支杆3的两端分别位于外箱1的相对平行的两侧壁的上端缘，且分别和对应的侧壁上端缘滑动连接；

所述外箱1的底部中心通过管道连通着外部的储水箱13，管道的进水端设有水泵11，外箱1的底部中心对应着管道的出水端设有缓冲机构；所述缓冲机构为片状海绵10，片状海绵10的面积占外箱1底部面积的70%~80%。

进一步，所述片状海绵10的中心对应着所述外箱1的底部中心。

进一步，所述管道为三通管12，三通管12的一个出水管路上设有出水阀门14，且管口对应着水箱13；三通管12的另一出水管路的管口对应着外箱1的底部中心；三通管12的进水管路上设有进水阀门15。

进一步，所述外箱1的一侧侧壁由上至下均匀设有若干行测压口，每行测压口包括两个以上的测压管口7，且沿水平方向均匀布置；每行测压口对应着一根测压管8，所述每根测压管8通过橡胶管和对应的一行测压口中的一个测压管口7连接。

进一步，所述内箱2底部的外侧四个直角处均设有微型的土压力传感器6。

进一步，所述设有测压管口7的外箱1侧壁为测压壁，测压壁的两个相互垂直的外箱1侧边上分别设有刻度标，所述每行测压口的左右两侧测压管口7分别距对应的垂直侧边20cm；所述每列测压口的上下两侧测压管口7分别距对应的水平侧边15cm。

本实用新型装置的有益技术效果：

（1）本实用新型采用缓冲机构，进水时使水流均匀缓慢通过砂土，避免水流与砂土接触时，由于速度过快造成土层冲刷，形成小范围管涌影响试验。

（2）本实用新型可通过压缩砂土体积来调控砂土孔隙比，通过数显推拉力和应变片的结合间接得到浮力的数值，孔隙水压力、土压力的大小分别由测压管和土压力传感器测得，从而为探究地下结构所受到的孔隙水压力、土压力和浮力的相关性提供数据支撑，为进一步探究地下结构所受浮力的作用机理提供理论依据。

附图说明

图1是本实用新型的的结构示意图。

图2是本实用新型内箱2的结构示意图。

图3是本实用新型的使用状态图。

其中：1-外箱；2-内箱；3-支杆；4-数显推拉力计；5-应变片；6-土压力传感器；7-测压管口；8-测压管；9-位移传感器；10-片状海绵；11-水泵；12-三通管；13-水箱；14-出水阀门；15-进水阀门；16-底架。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，包括外箱1和内箱2，所述内箱2位于外箱1内，外箱1设置于底架16上；所述内箱2上端四个直角处分别设有位移传感器9，内箱2底部的外侧四个直角处均设有微型的土压力传感器6，内箱2的底部中心设有应变片5，应变片5通过直杆连接着数显推拉力计4的下端，数显推拉力计4的上端连接着支杆3的杆身，所述支杆3的两端分别位于外箱1的相对平行的两侧壁的上端缘，且分别和对应的侧壁上端缘滑动连接，支杆3沿外箱1横向边框的上端缘滑动；

所述外箱1的底部中心通过三通管12连通着外部的储水箱13，三通管12的三通管12的一个出水管路上设有出水阀门14，且管口对应着水箱13；三通管12的另一出水管路的管口对应着外箱1的底部中心；三通管12的进水管路上设有进水阀门15，进水端位于水箱13内且设有水泵11。进水时，打开进水阀门15，关闭出水阀门14；出水时，关闭进水阀门15，打开出水阀门14；并且通过控制阀门的开合程度来控制进出水流的速度。

外箱1的底部中心对应着管道的出水端设有缓冲机构；所述缓冲机构为片状海绵10，片状海绵10覆盖在进水端的管口，片状海绵10的面积占外箱1底部面积的75%，厚度为1cm；进水时使水流均匀缓慢通过砂土，避免水流与砂土接触时速度过快造成土层冲刷小范围管涌现象。

所述外箱1的一侧侧壁由上至下均匀设有8行测压口，每行测压口包括11个测压管口7，且沿水平方向均匀布置；每行测压口对应着一根测压管8，所述每根测压管8通过橡胶管和对应的一行测压口中的一个测压管口7连接。

所述设有测压管口7的外箱1侧壁为测压壁，测压壁的两个相互垂直的外箱1侧边上分别设有刻度标，所述每行测压口的左右两侧测压管口7分别距对应的垂直侧边20cm；所述每列测压口的上下两侧测压管口7分别距对应的水平侧边15cm。每行测压口间距10cm，每列测压口间距10cm。

本实用新型装置试验时，步骤如下：

（1）安装好本实用新型的试验装置，逐层填土，将砂土进行夯打均匀压实至所需孔隙比。

（2）根据设计的内箱2的预埋高度，在外箱1内埋入内箱2；并安置数显推拉力计4、微型的土压力传感器6、应变片5和位移传感器9等测量装置，继续填土至设计地面高度，此过程避免设备仪器损坏。

（3）测量装置的调试、校准与初始数值的记录。

（4）开始注水，打开水泵11以及进水阀门15，从外箱1底部中心通过片状海绵10向外箱1中缓速注水，并通过进水阀门15来控制水的流速，保证水流低速流入；水位每上升10cm即停止注水，等到水位稳定后再次注水。

（5）待外箱1内的砂土完全渗透饱和后，数显推拉力计4、测压管8、微型的土压力传感器6和位移传感器9的数值稳定，记录浮力、孔隙水压力和有效土应力和内箱2位移的数值。

（6）打开出水阀门14，将外箱1内的水排出，当上述的数显推拉力计4、测压管8、微型的土压力传感器6和位移传感器9的数值再次稳定时，记录相应的数值；然后将上述测量装置拆除后取出砂土，处理恢复到试验前状态，以备下次使用。

（7）使用不同孔隙比的砂土，重复步骤（1）~（6），并进行数据的记录。

其中：在试验前将未饱和砂土进行压实，通过压缩体积的不同控制砂土的孔隙比的大小，以此得到不同孔隙比的砂土样本；同时使用环形刀取样，将所取的土样置于烘箱中，在105-110℃的恒温下烘干6h，称量土样的质量，计算其确切的孔隙比数值。

由应变片5和数显推拉力计4共同作用可测得此时支杆3所受的竖直向下的拉力，即内箱2所受的地下水浮力F，内箱2上方四角布置位移传感器9测得内箱2在浮力下所产生的位移；土压力传感器6用于记录地下模型结构接触土体时产生的有效土应力P；测压管8测得孔隙水压力；

在砂土内埋设内箱2时，内箱2一直处于静止状态，没有浮起的趋势，因此，内箱2受到力有自重G、地下水浮力F、有效土应力P和摩擦力f；以此探讨砂土地基孔隙比、孔隙水压力与地下水浮力之间的作用关系。

Claims

1.砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，包括外箱（1）和内箱（2），所述内箱（2）位于外箱（1）内，外箱（1）设置于底架（16）上；所述内箱（2）上端四个直角处分别设有位移传感器（9），内箱（2）的底部中心设有应变片（5），应变片（5）通过直杆连接着数显推拉力计（4）的下端，数显推拉力计（4）的上端连接着支杆（3）的杆身；所述支杆（3）的两端分别位于外箱（1）的相对平行的两侧壁的上端缘，且分别和对应的侧壁上端缘滑动连接；

所述外箱（1）的底部中心通过管道连通着外部的水箱（13），且管道的进水端设有水泵（11），其特征在于：所述外箱（1）的底部中心对应着管道的出水端设有具有缓冲作用的片状海绵（10），片状海绵（10）的面积占外箱（1）底部面积的70%~80%。

2.根据权利要求1所述砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，其特征在于：所述片状海绵（10）的中心对应着所述外箱（1）的底部中心。

3.根据权利要求1所述砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，其特征在于：所述管道为三通管（12），三通管（12）的一个出水管路上设有出水阀门（14），且管口对应着水箱（13）；三通管（12）的另一出水管路的管口对应着外箱（1）的底部中心；三通管（12）的进水管路上设有进水阀门（15）。

4.根据权利要求1所述砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，其特征在于：所述外箱（1）的一侧侧壁由上至下均匀设有若干行测压口，每行测压口包括两个以上的测压管口（7），且沿水平方向均匀布置；每行测压口对应着一根测压管（8），所述每根测压管（8）通过橡胶管和对应的一行测压口中的一个测压管口（7）连接。

5.根据权利要求1所述砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，其特征在于：所述内箱（2）底部的外侧四个直角处均设有微型的土压力传感器（6）。

6.根据权利要求1所述砂土地基中地下结构静水浮力模型试验装置，其特征在于：所述设有测压管口（7）的外箱（1）侧壁为测压壁，测压壁的两个相互垂直的外箱（1）侧边上分别设有刻度标，所述每行测压口的左右两侧测压管口（7）分别距对应的垂直侧边20cm；所述每列测压口的上下两侧测压管口（7）分别距对应的水平侧边15cm。