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原文传递隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置及方法

专利名称：	隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置及方法
摘要：	本发明涉及隧道‑基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，包括模型箱、模型桩、模型隧道、模型基坑、模型用土、重液、桩头约束装置、横向支架、加载系统、控制系统及测量系统；所述模型箱通过隔板和横向支撑分隔为主体试验箱和附属试验箱，所述模型桩包括桩身和设置于桩身顶部的桩帽，模型桩位于所述模型隧道和模型基坑的主要影响区内，所述模型隧道包括衬砌和分节设置于衬砌外围的环形橡胶袋，所述模型基坑包括支护结构和敞口橡胶袋。本发明的有益效果是：本发明中的桩头约束装置采用可伸缩立杆和桩头夹具，可有效约束桩头的侧向变形，灵活调节桩头约束的位置，模拟高低承台、桩筏基础等多种桩基型式，适用范围广泛。
专利类型：	发明专利
申请人：	浙江大学城市学院
发明人：	刁红国;王新泉;张天赐;崔允亮
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T02:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010134702.4
公开号：	CN111206627A
代理机构：	杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：	张羽振
分类号：	E02D33/00;E;E02;E02D;E02D33;E02D33/00
申请人地址：	310015 浙江省杭州市湖州街50号
主权项：	1.隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)、模型桩(2)、模型隧道(3)、模型基坑(4)、模型用土(5)、重液(6)、桩头约束装置(7)、横向支架(8)、加载系统(9)、控制系统(10)及测量系统(11)；所述模型箱(1)通过隔板(12)和横向支撑(13)分隔为主体试验箱(14)和附属试验箱(15)，所述模型桩(2)包括桩身(16)和设置于桩身顶部的桩帽(17)，模型桩(2)位于所述模型隧道(3)和模型基坑(4)的主要影响区内，所述模型隧道(3)包括衬砌(18)和分节设置于衬砌外围的环形橡胶袋(19)，所述模型基坑(4)包括支护结构(20)和敞口橡胶袋(21)，所述重液(6)与所述模型用土(5)密度一致，模型桩(2)顶端设置桩头约束装置(7)，所述桩头约束装置(7)包括固定在垫板(25)上的可伸缩立杆(22)和设有半圆弧开口的桩头夹具(23)，所述横向支架(8)沿箱壁顶部的凹槽(24)自由滑动，所述加载系统(9)包括固定在垫板(25)上的液压千斤顶(26)和延伸杆(27)，所述控制系统(10)包括导管(28)、阀门(29)和固定在模型箱顶部的监控相机(30)，所述测量系统(11)包括悬挂在模型箱侧壁的数据采集仪(31)、用于测量桩身轴力和弯矩的应变片(32)、用于测量地表沉降的地表位移传感器(33)、用于测量桩基沉降的桩顶位移传感器(34)、用于测量桩顶荷载的压力传感器(35)以及用于控制模型基坑开挖的孔隙水压力计(36)。 2.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述应变片(32)沿桩身(16)竖向等间距分布，应变片(32)沿桩身(16)横截面呈十字型对称粘贴，十字型结构的纵横向分别平行和垂直于模型隧道(3)的开挖方向。 3.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述模型桩的桩身(16)外侧还均匀涂有一层保护应变片(32)的环氧树脂胶(37)。 4.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述导管(28)密封连接在环形橡胶袋(19)和敞口橡胶袋(21)的底部，导管(28)依次穿过隔板(12)底部的通孔(38)并与附属试验箱(15)内的阀门(29)连接形成并联通路，并且导管(28)与重液收集筒(39)连接。 5.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述敞口橡胶袋(21)紧贴模型基坑(4)的支护结构(20)内部，敞口橡胶袋(21)高出地表部分通过夹具(40)固定。 6.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述桩头夹具(23)的半圆弧开口直径与模型桩(2)直径一致。 7.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述地表位移传感器(33)的波导管(41)通过夹具块(42)固定在横向支架(8)上，波导管(41)下部的活动磁环(43)与模型用土(5)的地表接触。 8.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述桩顶位移传感器(34)的波导管(41)通过夹具块(42)固定在横向支架(8)上的垫板(25)上，波导管(41)下部的活动磁环(43)抵在液压千斤顶(26)的延伸杆(27)上的横肋板(44)表面，并随延伸杆(27)同步移动。 9.根据权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置，其特征在于，所述压力传感器(35)和孔隙水压力计(36)分别粘贴在液压千斤顶(26)的延伸杆(27)表面和放置在敞口橡胶袋(21)的底部。 10.一种如权利要求1所述的隧道-基坑多重开挖影响既有桩基的离心模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，前期准备：安装隔板(12)和横向支撑(13)，将模型箱(1)分隔为主体试验箱(14)和附属试验箱(15)，隔板与箱壁、箱底之间的缝隙采用玻璃胶密封；步骤二，模型制作：制作模型桩(2)、模型隧道(3)和模型基坑(4)，配制与模型用土(5)密度一致的重液(6)，根据土体损失设计值向模型隧道(3)的环形橡胶袋(19)内注入相应体积的重液(6)；步骤三，模型安装：在主体试验箱(14)内分层铺设模型用土(5)，期间依次安装定位模型桩(2)、模型隧道(3)和模型基坑(4)，滑移横向支架(8)至模型桩(2)正上方后锚固，安装桩头约束装置(7)和加载系统(9)；其中桩头约束装置(7)的桩头夹具(23)和模型桩(2)的接触面涂有润滑剂；步骤四，铺设导管：在附属试验箱(15)内，将预先穿过隔板(12)底部的通孔(38)的导管(28)与阀门(29)对应相连形成并联通路，导管(28)最后与重液收集筒(39)连接；向模型基坑(4)的敞口橡胶袋(21)内注入重液(6)直至与模型用土(5)的地表齐平，使阀门(29)呈关闭状态；步骤五，测量系统安装：将模型箱(1)移至土工离心机(45)的挂篮平台(46)上，在模型箱(1)顶部安装监控相机(30)并调整相机角度至画面覆盖主体试验箱(14)，在模型箱(1)外侧悬挂安装数据采集仪(31)，标定并安装地表位移传感器(33)、桩顶位移传感器(34)、压力传感器(35)和孔隙水压力计(36)，依次将监控相机(30)和各类传感器的导线连接在数据采集仪(31)的通道上；步骤六，桩顶工作荷载施加：计算安装配重(47)，调试加载系统(9)、控制系统(10)和测量系统(11)，启动土工离心机(45)，逐渐加速旋转至所需的重力加速度；待测量系统(11)的读数稳定，通过远程计算机控制加载系统(10)，启动液压千斤顶(26)，延伸杆(27)向下移动直至与桩帽(17)接触，通过读取压力传感器(35)数据逐级加压至桩顶工作荷载设计值，记录测量系统中各类传感器读数作为初始值；步骤七，多重开挖模拟：模拟隧道开挖时，通过远程计算机控制开启与模型隧道(3)的第一节环形橡胶袋(19)连接的阀门(29)，待重液(6)全部排出，测量系统读数稳定后，继续开启下一节环形橡胶袋(19)的阀门(29)，直至模型隧道(3)分节开挖完毕；模拟基坑开挖时，通过远程计算机控制开启与敞口橡胶袋(21)连接的阀门(29)，根据孔隙水压力计(36)读数逐步排出重液(6)，直至模型基坑(4)分层开挖完毕；步骤八，试验结束：待测量系统(11)读数稳定后，关闭土工离心机(45)，降速至常重力状态，拆除清理模型箱(1)。
所属类别：	发明专利