研究复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验系统及试验方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105926686A(43)申请公布日2016.09.07(21)申请号201610285207.7(22)申请日2016.04.30(71)申请人山东大学地址250061山东省济南市历下区经十路17923号(72)发明人李连祥黄佳佳符庆宏胡峰(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人张勇(51)Int.Cl.E02D33/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称研究复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验系统及试验方法(57)摘要本发明公开了研究复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验系统及方法，包括模型箱，在模型箱内设有地基土，地基土内竖直嵌有用于模拟支护桩的支护板，在模型箱内支护板的一侧竖直设有多个基桩模型桩，嵌有基桩模型桩的地基土顶部设置褥垫层，地基土、基桩模型桩和褥垫层共同形成复合地基，在支护板的另一侧设置用于模拟开挖的开挖区，在基桩模型桩与支护板上分别布设有与计算机连接的测试装置，在复合地基的上部设置荷载加压装置；整个试验系统可根据需求设置用于测试在基坑开挖时，复合地基中地基土变形位移数据等的测试系统；这样在开挖区进行开挖时，研究复合地基与支护结构的力或者位移产生的变化，从而更好的指导实践。CN105926686ACN105926686A权利要求书1/2页1.研究复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验系统，其特征在于，包括模型箱，在模型箱内设有地基土，地基土内竖直嵌有用于模拟支护桩的支护板，在模型箱内支护板的一侧竖直设有多个基桩模型桩，嵌有基桩模型桩的地基土顶部设置垫层，地基土、基桩模型桩和垫层共同形成复合地基，在支护板的另一侧设置用于模拟开挖的开挖区，在基桩模型桩与支护板上分别布设有与计算机连接的测试装置，还包括设于复合地基的上部的荷载加压系统。2.如权利要求1所述的离心模型试验装置，其特征在于，所述测试装置包括在基桩模型桩上设置的用于辅助获得荷载施加过程中基桩模型桩轴力分布和地基土荷载分担的轴力应变片和用于辅助获得基桩模型桩弯矩分布及变化规律的弯矩应变片，还包括在支护板中间位置地正反两侧设置的弯矩应变片。3.如权利要求1或2所述的离心模型试验装置，其特征在于，所述测试装置还包括在所述的地基土中设置的多个用于测量地基土压力值的土压力传感器，所述垫层为褥垫层。4.如权利要求1所述的离心模型试验装置，其特征在于，在模型箱的外侧设置多个用于提供定位参考的PIV标记点，还包括安装于离心机大梁和模型箱内开挖区的多个摄像机。5.如权利要求1或2所述的离心模型试验装置，其特征在于，用于模拟开挖的开挖区为内部装有土的土袋，土袋外表面设有便于移出土袋的吊环。6.如权利要求1或2所述的离心模型试验装置，其特征在于，所述荷载加压系统包括加载气囊，加载气囊的充气孔外露与充气装置连接，充气装置安装有气压传感器用于控制均布载荷的大小。7.如权利要求1-6中任一项所述的离心模型试验系统的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：1)制备复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验装置，制备的同时布设测量装置；2)安装试验加载系统及基坑开挖装置；3)对步骤1)中离心模型试验装置、步骤2)中基坑开挖装置进行称重；4)将步骤1)中离心模型试验装置吊装至离心机吊篮，安装摄像机与步骤1)中测量装置连接；5)启动离心机，由测试系统开始采集数据；6)分级施加荷载，逐层进行开挖并采集每次的试验数据；7)荷载稳定后，基坑开挖装置开始开挖，逐次进行多次开挖并采集每次的试验数据；8)试验完成后，进行试验加载系统、基坑开挖装置的逐个拆除。8.如权利要求7所述的离心模型试验方法，其特征在于，所述步骤1)中复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验装置的制备方法如下：1-1)在模型箱内采用砂雨法设置设定厚度的地基土；1-2)在地基土中竖直设置支护板，在支护板的一侧继续设置地基土到设定的厚度；1-3)在地基土中设置多根基桩模型桩并继续采用砂雨法至地基土高度与基桩模型桩的顶端齐平；1-4)在步骤1)至步骤3)进行的同时，根据挖斗土方制作土袋；1-5)将土袋放置于支护板的另一侧作为开挖区；2CN105926686A权利要求书2/2页1-6)在步骤3)完成后或者在步骤5)完成后，嵌有基桩模型桩的地基土顶部采用砂雨法设置粗砂作为褥垫层。9.如权利要求7所述的离心模型试验方法，其特征在于，所述步骤2)中加载系统的安装方法的具体步骤如下：2-1)将加载气囊置于褥垫层的上方来对基桩模型桩施加均布荷载；2-2)将反力板固定在加载气囊上方对加载气囊进行约束，反力板上方固定支架，且支架与离心机固定；2-3)加载气囊与充气装置固定。10.如权利要求7所述的离心模型试验方法，其