基坑支护模拟试验装置及系统

技术领域

本发明涉及基坑支护试验技术领域，具体而言，涉及一种基坑支护模拟试验装置及系统。

背景技术

现代城市在不断发展过程中，建筑物趋于密集化，高层建筑及地下设施增多，在建筑密集区高层建筑下部结构施工中将存在着深基坑开挖及稳定问题。由于支护工程计算随土体的变化而更趋复杂，设计过程中常将多个土体简化，而且深基坑施工和支护往往以经验和工程类比法为主，尤其对支护方案的优选和支护构件的优化研究的并不深入系统。

在相关技术中，需要通过在室内建立基坑及支护结构模型来模拟工程实践以验证设计参数的可靠性、安全性。但是在进行模型搭建的时候，大多数的基坑模型内的支护结构得需要进行复杂的连接固定，而且支护结构不能根据模型基坑的大小来进行大小的伸缩，因此大大的影响了整个模型进行试验的操作。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种基坑支护模拟试验装置，旨在改善支护结构不能根据模型基坑的大小来进行大小伸缩的问题。

第一方面，本发明提供一种基坑支护模拟试验装置包括试验组件和支护组件。

所述试验组件包括外模框和内模框以及试验土体，所述试验土体设置于所述外模框和所述内模框之间。

所述支护组件包括第一施压板、锚杆、第一锁止块、支护杆、连杆、驱动杆、第二施压板和第二锁止块，所述第一施压板设置于所述试验土体，所述锚杆贯穿于所述第一施压板，且所述锚杆固定连接于所述试验土体内，所述第一锁止块卡接于所述第一施压板远离所述试验土体的一侧，所述支护杆设置于所述第一锁止块，所述连杆滑动连接于所述支护杆远离所述第一锁止块的一端，所述驱动杆传动连接于所述连杆远离所述支护杆的一端，所述第二施压板通过所述锚杆固定连接于所述试验土体远离所述第一施压板的一端，所述第二锁止块卡接于所述第二施压板远离所述试验土体的一侧，所述驱动杆远离所述连杆的一端设置于所述第二锁止块。

在本发明的一种实施例中，还包括模拟组件，所述模拟组件包括压力传感器、固定杆、弹性件、安装块、定位块、定位圈、铰接杆和移动座，所述压力传感器的一端可拆卸安装于所述第一锁止块，所述压力传感器的另一端可拆卸安装于支护杆，所述固定杆固定连接于所述支护杆内，所述弹性件套接于所述固定杆，且所述弹性件固定连接于所述支护杆，所述安装块固定连接于所述连杆，所述弹性件远离所述支护杆的一端固定连接于所述安装块，所述定位块固定连接于所述驱动杆与所述第二锁止块之间，所述定位圈固定连接于所述定位块，所述铰接杆的一端铰接于所述定位圈，所述铰接杆的另一端铰接于所述移动座，所述移动座滑动连接于所述第二施压板。

在本发明的一种实施例中，所述第一施压板与所述第二施压板均设置有卡接块，所述第一锁止块与所述第二锁止块均卡接于所述卡接块内。

在本发明的一种实施例中，所述卡接块开设有凹槽，所述第一锁止块与所述第二锁止块均能够容置于所述凹槽内。

在本发明的一种实施例中，所述连杆转动连接有旋钮，所述驱动杆传动连接于所述旋钮。

在本发明的一种实施例中，所述连杆开设有旋转槽，所述旋钮固定连接有旋转块，所述旋转块转动连接于所述旋转槽内。

在本发明的一种实施例中，所述驱动杆设置有外螺纹部，所述旋钮设置有内螺纹部，所述外螺纹部相适配于所述内螺纹部。

在本发明的一种实施例中，所述驱动杆远离所述第二施压板的一端固定连接有限位块，所述限位块被构造成用于对所述驱动杆进行限位。

在本发明的一种实施例中，所述锚杆设置有多个且分别均匀固定连接于所述第一施压板与所述第二施压板。

在本发明的一种实施例中，所述支护杆与所述第二施压板均设置有刻度线，所述安装块固定连接有测量块，所述支护杆开设有避让槽，所述测量块滑动连接于所述避让槽，并能够配合于所述刻度线。

在本发明的一种实施例中，所述移动座固定连接有滑块，所述第二施压板开设有滑槽，所述滑块能够容置于所述滑槽，并能够沿所述滑槽滑动。

第二方面，本发明提供一种基坑支护模拟试验系统，包括前述的基坑支护模拟试验装置。

在本发明的一种实施例中，所述支护组件设置有多个。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种基坑支护模拟试验装置，使用时，将试验土体设置在外模框内的四侧位置以及底侧，以此真实的进行基坑开挖的过程，然后将第一施压板和第二施压板分别通过锚杆固定在试验土体上，然后将第一锁止块快速的卡接在第一施压板上，然后通过连杆在支护杆中传动伸缩的作用，可以将连杆在支护杆中进行调整长度，进而使得该基坑的支护结构可以在任何的试验模型中进行试验；

该装置可以快速的进行基坑模型搭建，而且支护结构可以根据模型基坑的大小来进行大小的伸缩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的整体装置结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的剖面结构示意图；

图3为本发明实施方式提供的试验组件结构示意图；

图4为本发明实施方式提供的支护组件与模拟组件结构示意图；

图5为本发明实施方式提供的这个整体装置爆炸结构示意图；

图6为本发明实施方式提供的试验组件爆炸结构示意图；

图7为本发明实施方式提供的支护组件部分结构示意图；

图8为本发明实施方式提供的试验组件部分结构示意图。

图中：100-试验组件；110-外模框；120-试验土体；200-支护组件；210-第一施压板；211-卡接块；2111-凹槽；220-锚杆；230-第一锁止块；240-支护杆；241-刻度线；242-避让槽；250-连杆；251-旋钮；2511-旋转块；2512-内螺纹部；252-旋转槽；260-驱动杆；261-外螺纹部；262-限位块；270-第二施压板；271-滑槽；280-第二锁止块；300-模拟组件；310-压力传感器；320-固定杆；330-弹性件；340-安装块；341-测量块；350-定位块；360-定位圈；370-铰接杆；380-移动座；381-滑块。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

现代城市在不断发展过程中，建筑物趋于密集化，高层建筑及地下设施增多，在建筑密集区高层建筑下部结构施工中将存在着深基坑开挖及稳定问题。由于支护工程计算随土体的变化而更趋复杂，设计过程中常将多个土体简化，而且深基坑施工和支护往往以经验和工程类比法为主，尤其对支护方案的优选和支护构件的优化研究的并不深入系统。因此需要通过在室内建立基坑及支护结构模型来模拟工程实践已成为研究深基坑问题的常用手段。

但是在进行模型搭建的时候，大多数的基坑模型内的支护结构得需要进行复杂的连接固定，而且支护结构不能根据模型基坑的大小来进行大小的伸缩，因此大大的影响了整个模型进行试验的操作。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基坑支护模拟试验装置，包括试验组件100和支护组件200，通过该结构可以根据模型基坑的大小来进行大小伸缩的问题。

其中，请参阅图1，支护组件200安装在试验组件100上，支护组件200主要用于进行将支护结构可以快速的安装在试验组件100上，而且可以适用于不同大小模型基坑的尺寸，方便进行试验数据的得出，试验组件100主要用于进行试验数据的得出，以此对基坑工程研究具有一定的指导意义。

请参阅图2，试验组件100包括外模框110和内模框(图中未示出)。在试验准备阶段，可以利用外模框110和内模框对待模拟基坑进行支护限位。具体地，将内模框置于外模框110内，外模框110和内模框之间留有空间用于填充试验土体120，可以根据试验原型的各项参数人为对试验土体120的含水率、颗粒级配、力学参数等进行辅助试验制备得到。根据实际需要，本领域技术人员可以在试验土体120内侧设置混凝土挡墙或灌注桩。

请结合参图3、图4和图5，支护组件200包括第一施压板210、锚杆220、第一锁止块230、支护杆240、连杆250、驱动杆260、第二施压板270和第二锁止块280，第一施压板210设置于试验土体120，锚杆220贯穿于第一施压板210，且锚杆220固定连接于试验土体120内，进而使得锚杆220直接将第一施压板210以及第二施压板270固定安装在试验土体120上。

在具体设置时，锚杆220设置有多个且分别均匀固定连接于第一施压板210与第二施压板270，方便快速进行安装和支撑支护结构。第一锁止块230卡接于第一施压板210远离试验土体120的一侧，可以快速的将支护结构安装在基坑模型内。支护杆240设置于第一锁止块230，连杆250滑动连接于支护杆240远离第一锁止块230的一端，驱动杆260传动连接于连杆250远离支护杆240的一端，可以使得支护结构的长度进行调整。驱动杆260远离第二施压板270的一端固定连接有限位块262，限位块262被构造成用于对驱动杆260进行限位，避免驱动杆260从旋钮251中滑出，进而滑出连杆250中。连杆250转动连接有旋钮251，驱动杆260传动连接于旋钮251，通过旋钮251可以进行控制驱动杆260在连杆250内的移动。连杆250开设有旋转槽252，旋钮251固定连接有旋转块2511，旋转块2511转动连接于旋转槽252内，便于旋钮251在连杆250上可以稳定且平稳的转动，进而带动驱动杆260进行平移。

请参阅图3、图5和图7，需要说明的是，在本发明的一种实施例中，驱动杆260设置有外螺纹部261，旋钮251设置有内螺纹部2512，外螺纹部261相适配于内螺纹部2512，通过外螺纹部261和内螺纹部2512的作用，从而实现转动旋钮251来带动驱动杆260在连杆250中进行左右移动，进而可以调整整体支护结构的长度，进而实现该支护结构可以适应不同尺寸基坑模型。第二施压板270通过锚杆220固定连接于试验土体120远离第一施压板210的一端，从而实现快速的安装和进行试验。第二锁止块280卡接于第二施压板270远离试验土体120的一侧，驱动杆260远离连杆250的一端设置于第二锁止块280，第一施压板210与第二施压板270均设置有卡接块211，第一锁止块230与第二锁止块280均卡接于卡接块211内，卡接块211开设有凹槽2111，第一锁止块230与第二锁止块280均能够容置于凹槽2111内，并可以使得第一锁止块230以及第二锁止块280能够完全吻合的卡在凹槽2111中，进而可以快速的将支护结构安装在基坑模型内，进而能够真实的模拟试验基坑支护的作用。

目前，基坑支护模拟试验一般采用位移传感器进行位移监测，但是位移传感器监测的数据极易因外力变化导致监测异常，获得的数据离散型大，难以分析可靠的变形数据，而基坑支护的整体性位移变化可以避免监测数据的离散型问题，也能提供更为直观的基坑支护评价指标，但目前无针对基坑支护的整体性位移监测装置。

请参阅图2、图6和图8，为解决上述问题，在本发明的一种实施例中，支护组件200上设置有模拟组件300，模拟组件300包括压力传感器310、固定杆320、弹性件330、安装块340、定位块350、定位圈360、铰接杆370和移动座380。压力传感器310的一端可拆卸安装于第一锁止块230，压力传感器310的另一端可拆卸安装于支护杆240，压力传感器310通过两端的螺纹部可以快速的安装。在具体选择时，压力传感器310可选用型号为PT124G-111传感器。固定杆320固定连接于支护杆240内，弹性件330套接于固定杆320，且弹性件330固定连接于支护杆240(例如，在图2中，弹性件330的左端与支护杆240固定连接)，弹性件330可以是螺旋弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧中的任意一种，根据实际情况选用合适的弹簧进行安装和使用。安装块340固定连接于连杆250，弹性件330远离支护杆240的一端固定连接于安装块340，支护杆240与第二施压板270均设置有刻度线241，安装块340固定连接有测量块341，支护杆240开设有避让槽242，测量块341滑动连接于避让槽242，并能够配合于刻度线241，通过刻度线241可以准确的得出弹性件330以及移动座380相应的位移距离，进而增加其试验数据的真实性，从而可以测出土压力以及支护结构的变化程度。定位块350固定连接于驱动杆260与第二锁止块280之间，定位圈360固定连接于定位块350，铰接杆370的一端铰接于定位圈360，铰接杆370的另一端铰接于移动座380，移动座380滑动连接于第二施压板270，移动座380固定连接有滑块381，第二施压板270开设有滑槽271，滑块381能够容置于滑槽271，并能够沿滑槽271滑动，在受到土压力的作用下，能够使得移动座380的滑块381可以在和滑槽271中进行平稳的移动，进而可以得出支护结构的变形状态。

请参阅图2，具体的，当需要进行监测支护结构的压力监测以及支护结构受到土压力的作用导致变形的状态时，需要将外模框110中的试验土体120进行一层一层的开挖，进而模拟真实开挖基坑时对支护结构的作用，在基坑开挖前对支挡结构两侧按假定的桩侧为静止土压力，然后进行外模框110底层的试验土体120的开挖，相当于桩侧土体开挖，随之，支护结构两侧静力平衡被破坏，支护桩未开挖一侧土压力由静止土压力转化为主动土压力，支护桩开挖一侧下部未开挖部分土压力由静止土压力转化为被动土压力，随支护桩的变形，以支护桩为对象重新建立新的平衡，从而实现了基坑开挖模拟和支护桩内、外侧土压力的动态变化模拟，因此，该模拟装置实现了对基坑支挡结构受力过程的动态物理模拟和过程可视化，同时可以实现土压力动态变化模拟，与基坑实际受力情况更加接近，通过压力传感器310以及弹性件330的位移以及移动座380在第二施压板270上的位移来进行数据的监测以及试验结论的得出。

请参阅图5、图6和图8，具体的，当受到土压力的时候，压力会通过压力传感器310然后推动支护杆240，进而将弹性件330在在固定杆320上发生位移的变化，进而测量块341会和刻度线241相配合来进行测量弹性件330位移的情况，同时压力也会推动第二施压板270推动移动座380，进而使得铰接杆370在定位圈360的作用下带动移动座380发生位移，进而以此抵消土压力的作用，进而可以根据第二施压板270上的刻度线241来进行读数，进而先支护结构在该模拟试验中本身的变形情况。

具体的，该基坑支护模拟试验装置的工作原理：使用时，将试验土体120设置在外模框110内的四侧位置以及底侧，以此真实的进行基坑开挖的过程，然后将第一施压板210和第二施压板270分别通过锚杆220固定在试验土体120上，然后将第一锁止块230快速的卡接在第一施压板210上，然后通过连杆250在支护杆240中传动伸缩的作用，可以将连杆250在支护杆240中进行调整长度，进而使得该基坑的支护结构可以在试验模型中进行试验。

在进行安装该模型的时候，先将第一锁止块230卡在卡接块211的凹槽2111中，然后旋转旋钮251，进而旋钮251在连杆250上进行转动，使得旋转块2511在旋转槽252中进行转动，进而使得驱动杆260在旋钮251内进行转动，使得驱动杆260的外螺纹部261在旋钮251的内螺纹部2512中进行传动，进而使得驱动杆260在连杆250中进行伸缩，进而调整支护结构的长度，进而可以模拟出支护结构在该模拟试验中本身的变形情况。

当需要进行监测支护结构的压力监测以及支护结构受到土压力的作用导致变形的状态时，需要将外模框110中的试验土体120进行一层一层的开挖，进而模拟真实开挖基坑时对支护结构的作用，在基坑开挖前对支挡结构两侧按假定的桩侧为静止土压力，然后进行外模框110底层的试验土体120的开挖，相当于桩侧土体开挖，随之，支护结构两侧静力平衡被破坏，支护桩未开挖一侧土压力由静止土压力转化为主动土压力，支护桩开挖一侧下部未开挖部分土压力由静止土压力转化为被动土压力，随支护桩的变形，以支护桩为对象重新建立新的平衡，从而实现了基坑开挖模拟和支护桩内、外侧土压力的动态变化模拟，因此，该模拟装置实现了对基坑支挡结构受力过程的动态物理模拟和过程可视化，同时可以实现土压力动态变化模拟，与基坑实际受力情况更加接近，通过压力传感器310以及弹性件330的位移以及移动座380在第二施压板270上的位移来进行数据的监测以及试验结论的得出。

当受到土压力的时候，压力会通过压力传感器310然后推动支护杆240，进而将弹性件330在在固定杆320上发生位移的变化，进而测量块341会和刻度线241相配合来进行测量弹性件330位移的情况，同时压力也会推动第二施压板270推动移动座380，进而使得铰接杆370在定位圈360的作用下带动移动座380发生位移，进而以此抵消土压力的作用，进而可以根据第二施压板270上的刻度线241来进行读数，进而可以模拟出支护结构在该模拟试验中本身的变形情况。

第二方面，本发明提供一种基坑支护模拟试验系统，包括前述的基坑支护模拟试验装置。

在本发明的一种实施例中，所述支护组件200设置有多个。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。