一種模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種海洋基坑工程中土壓力、孔隙水壓力測量的試驗裝置，特別是涉及波浪要素變化的臨海基坑主被動側土壓力以及孔隙水壓力響應的模型試驗裝置，可用于量測不同基坑開挖寬度、不同基坑開挖深度、不同擋墻入土深度以及不同擋墻、防波堤間距下臨?；又鞅粍觽韧翂毫χ岛涂紫端畨毫χ怠?br>【背景技術】
[0002]隨著沿海城市發展，越來越多的高層建筑、地下空間開發項目、跨海隧道、跨海大橋等重大工程投入建設，隨之而來的是大量沿海深大基坑的開發與建設。研究發現波浪作用下海床內的孔隙水壓力對工程受力和變形的影響，海洋建(構)筑物的失穩和破壞與海床內的孔隙水壓力有著非常重要的關聯。在波浪循環荷載的作用下，臨海深基坑周圍土體內產生不斷累積并震蕩的孔隙水壓力，孔隙水壓力的波動幅值和累積量對臨海深基坑的變形及穩定性有著非常重要的影響。但是我國現有的臨海工程設計中，僅考慮了波浪直接傳遞給海床及建(構)筑物的荷載，而未考慮波浪作用下海床內的孔隙水壓力對工程受力和變形的影響。這使得臨?；釉O計與實際情況相比可能趨于保守而使得項目建設費用高昂，也可能因為忽略了孔壓累積的作用而使得工程存在安全隱患。

【發明內容】

[0003]為了克服已有臨?；釉O計上的不足，本實用新型提供了可以模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置，實現了在不同波浪要素作用下，通過控制不同基坑開挖寬度、不同基坑開挖深度、不同擋墻入土深度以及不同擋土墻、防波堤間距，研究臨?；又鞅粍觽人翂毫憫耙幝?。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置，該裝置置于波浪槽中進行試驗，該裝置包括模型箱、支撐鋼架、引流斜坡和量測系統四個部分;所述量測系統包括微型土壓力盒、孔壓傳感器和浪高儀;所述模型箱由模型箱框架、模型箱底板、模型箱左側板、模型箱右側板、鋼化玻璃、吊環、擋土墻、防波堤和傳感器固定支架組成;所述模型箱框架由鐵條焊接而成;所述模型箱底板、模型箱左側板和模型箱右側板均由鐵板制成并焊接到模型箱框架上;所述模型箱右側板與模型箱頂部之間具有矩形開口；所述鋼化玻璃通過結構膠粘貼在模型箱框架上;所述吊環安裝在模型箱框架四個角上，用于吊裝模型箱;所述擋土墻包括鋁合金板，鋁合金板的兩側中下部分別鉚接尼龍板A、尼龍板B，鋁合金板的上部固定橫截面為L形的角鋼，擋土墻通過角鋼擱置于模型箱框架頂部，擋土墻和模型箱左側板通過剛性支撐連接;所述尼龍板A和尼龍板B上均鉆有圓形孔洞，圓形孔洞內安置微型土壓力盒;所述防波堤橫截面為一直角梯形，由有機玻璃板材通過玻璃膠形成整體，擱置在海床上，海床由土樣在模型箱內按設計要求填筑而成；所述防波堤前方水域懸掛浪高儀;所述傳感器固定支架由圓柱形細長鐵桿點焊于正方形薄鐵板中央，放置于模型箱箱底板上的不同位置，所述傳感器固定支架上車有凹槽，凹槽上安置孔壓傳感器;所述支撐鋼架由方鋼焊接而成，放置在模型箱底部，用于支撐模型箱;所述支撐鋼架上鉆有螺紋孔，螺紋孔處安裝吊環;所述引流斜坡由斜坡框架、斜坡面板、兩塊有機玻璃板以及減震棒組成;所述斜坡框架由鐵塊、鐵條焊接而成;所述斜坡面板為一整塊鐵板，焊接在斜坡框架上，與水平面成1:5?10的斜坡;所述有機玻璃板與斜坡框架鉚接，兩塊有機玻璃板之間通過連接鐵條鉚接相連;所述減震棒由減震棒主體和尼龍帽組成，減震棒主體一端削去2厘米長半圓柱，用于卡住有機玻璃板，另一端與圓柱形尼龍帽相連，抵住波浪槽，減震棒用于穩定引流斜坡，防止引流斜坡在引導波浪時產生抖動;所述模型箱右側板與模型箱頂部之間具有矩形開口，所述引流斜坡與模型箱通過矩形開口連通。
[0005]進一步地，所述鋁合金板上從上到下依次開有以2行2列為一組，共三組一厘米深的孔洞，用于安插剛性支撐，可以根據實驗需要選用不同組別的孔洞用于模擬不同的入土深度，也可以調節擋土墻模型箱左側板的距離，模擬基坑不同開挖寬度。
[0006]進一步地，所述尼龍板A和尼龍板B上均鉆有陣列式圓形孔洞。
[0007]進一步地，所述微型土壓力盒和尼龍板A以及尼龍板B厚度一致，微型土壓力盒信號傳輸線通過尼龍板A和尼龍板B上刻有的線槽引出，連接到數據采集儀和微型土壓力盒供電裝置上。
[0008]進一步地，所述擋土墻和鋼化玻璃之間的縫隙利用玻璃膠密封，防止水通過縫隙從主動側滲流到被動側;鋁合金板、尼龍板A和尼龍板B底部用玻璃膠密封，防止水滲透到三塊板之間的縫隙，影響土壓力盒工作;所述防波堤和鋼化玻璃之間的縫隙利用結構膠密封，防止水從防波堤外側通過縫隙滲透到防波堤內部。
[0009]進一步地，所述孔壓傳感器外徑曲率與傳感器固定支架上的凹槽曲率一致，通過綁扎帶固定在傳感器固定支架上。所述孔壓傳感器信號傳輸線沿著傳感器固定支架、模型箱底板、鋼化玻璃的順序連接到數據采集儀和孔壓傳感器供電裝置上。
[0010]進一步地，所述斜坡面板和模型箱右側板之間的縫隙以及鋼化玻璃和有機玻璃板之間的縫隙利用聚酯纖維薄膜連接作過渡處理。
[0011 ]本實用新型的有益效果是:
[0012]1、本實用新型可以通過調整擋土墻不同入土深度、擋土墻距離模型箱左側板的距離以及擋土墻距離防波堤的距離研究統一外界荷載(波浪作用)下合理的基坑開挖參數。
[0013]2、本實用新型擋土墻由鋁合金板和尼龍板組成。鋁合金板提供擋土墻主要剛度，同時由于鋁合金板剛度較大，利于試驗模型的縮小。尼龍板制洞方便，價格低廉，可以根據擋土墻不同入土深度，設計不同的微型土壓力盒埋置位置以及槽線，通過更改尼龍板而非鋁合金板在保證實驗組數的同時降低實驗成本。
[0014]3、本實用新型中將土壓力盒埋設于尼龍板(板厚與土壓力盒厚度一致)內，同時將土壓力盒信號傳輸線也埋設于尼龍板背面的槽線中，再將尼龍塑料板用螺絲固定于鋁合金板上。這樣處理一是可以保證擋墻的表面平整，避免表面不平整而出現的應力集中現象;二是可以保證土壓力盒背面的絕對剛性。
[0015]4、本實用新型在模型箱底板上放置一系列傳感器固定支架，支架上放置數量不等的孔壓傳感器，用來量測任意時刻下基坑主被動側孔隙水壓力值，進而描繪滲流場內等水頭線以及流線并研究其變化規律。
【附圖說明】

[0016]圖1為模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置正視圖；
[0017]圖2為模型箱正視圖(a)和俯視圖(b);
[0018]圖3為引流斜坡立體圖(a)、正視圖(b)和俯視圖(C)；
[0019]圖4為支撐鋼架正視圖(a)、左視圖(b)和俯視圖(c);
[0020]圖5為擋土墻及剛性支撐正視圖(a)和俯視圖(b);
[0021]圖6為尼龍板A(a)、尼龍板B(b)和鋁合金板(C)開洞與線槽圖；
[0022]圖7為減震棒剖視圖(a)、左視圖(b)和俯視圖(c);
[0023]圖8為防波堤立體圖；
[0024]圖9為傳感器固定支架正視圖(a)和俯視圖(b)。
[0025]圖中:模型箱框架I；模型箱底板2;模型箱左側板3;模型箱右側板4;鋼化玻璃5;吊環6;擋土墻7;鋁合金板7-1;尼龍板A7-2;尼龍板B7-3;角鋼7_4;防波堤8;傳感器固定支架9;微型土壓力盒10;孔壓傳感器11;支撐鋼架12;螺紋孔13;斜坡框架14;斜坡面板15;有機玻璃板16;減震棒17;減震棒主體17-1;尼龍帽17-2;剛性支撐18;浪高儀19;連接鐵條20。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0027]如圖1所示，本實用新型模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置，包括模型箱、支撐鋼架12、引流斜坡和量測系統四個部分。
[0028]如圖2所示，所述模型箱由模型箱框架1、模型箱底板2、模型箱左側板3、模型箱右側板4、鋼化玻璃5、吊環6、擋土墻7、防波堤8和傳感器固定支架9組成;所述模型箱框架I由8毫米厚鐵條焊接而成整個模型箱的骨架;所述模型箱底板2、模型箱左側板3和模型箱右側板4均由8毫米鐵板制成并點焊接到模型箱框架I上;模型箱底板2封蓋模型箱底面;模型箱左側板3封蓋模型箱左側面;模型箱右側板4封蓋模型箱右側面下部，其高度等同于海床深度;鋼化玻璃5共兩塊，厚一厘米，分別用結構膠粘貼在模型箱框架I前側面以及后側面；由模型箱框架1、模型箱底板2、模型箱左側板3、模型箱右側板4和鋼化玻璃5組成的模型箱除了頂面以及右側面上部開口，其他部分均密封;所述吊環6通過螺母安裝在模型箱框架I四個角預先鉆有的螺紋孔上，用于吊裝模型箱;如圖5所示，所述擋土墻7由鋁合金板7-1、尼龍板A7-2、尼龍板B7-3和角鋼7-4通過螺母連接形成整體;所述擋土墻7擱置于模型箱框架I頂部不同位置，用于模擬基坑不同開挖寬度;所述鋁合金板7-1厚2公分;所述尼龍板A7-2、尼龍板B7-3厚度和微型土壓力盒10高度保持一致，為I厘米;如圖6所示，所述鋁合金板7-1從上到下依次開有以2行2列為一組，共三組一厘米深的孔洞，用于安插剛性支撐19，可以根據實驗需要選用不同組別的孔洞用于模擬不同的入土深度;兩塊尼龍板均鉆有3行2列圓形孔洞，用于安置微型土壓力盒10;所述微型土壓力盒10信號傳輸線通過尼龍板A7-2和尼龍板B7-3上刻有的線槽引出，連接到數據采集儀和微型土壓力盒10供電裝置上;所述尼龍板A7-2與剛性支撐重合部分開有孔洞，用于安插剛性支撐;所述剛性支撐18為四根鋁合金圓柱，其一端通過鋁合金板7-1和尼龍板A7-2上開鑿的對應孔洞與擋土墻7相連，另一端抵在模型箱左側板3上;所述鋁合金板7-1、尼龍板A7-2和尼龍板B7-3底部利用玻璃膠進行密封;所述擋土墻7和鋼化玻璃5之間的縫隙通過有機玻璃進行密封;如圖8所示，所述防波堤8橫截面為一直角梯形，由厚度為I厘米有機玻璃板材通過玻璃膠形成整體，擱置在海床上;所述防波堤8和鋼化玻璃5之間的縫隙通過有機玻璃進行密封;所述防波堤8前方水域懸掛浪高儀19;所述浪高儀19用于檢測波浪要素是否滿足實驗要求;如圖9所示，所述傳感器固定支架9由圓柱形細長鐵桿點焊于正方形薄鐵板中央，放置于模型箱底不同位置，所述傳感器固定支架9上車有凹槽，方便安置孔壓傳感器11，凹槽弧度需與孔壓傳感器11弧度保持一致，位置嚴格按照設計而定。
[0029]如圖4所示，所述支撐鋼架12由方鋼焊接而成，放置在模型箱底部，用于支撐模型箱;所述支撐鋼架鉆有四個螺紋孔13用于安裝吊環。
[0030]如圖3所示，所述引流斜坡由斜坡框架14、斜坡面板15、有機玻璃板16以及減震棒17組成。所述斜坡框架14由8毫米厚鐵塊、鐵條焊接而成;所述斜坡面板15為一整塊8毫米厚鐵板，焊接在斜坡框架14上，與水平面成1:10的斜坡;所述有機玻璃板16通過螺絲與斜坡框架14鉚接，兩塊有機玻璃板之間通過連接鐵條20鉚接相連;所述減震棒17卡在有機玻璃板16和波浪槽之間，用于穩定引流斜坡，防止引流斜坡在引導波浪時產生抖動。如圖7所示，所述減震棒17由減震棒主體17-1和尼龍帽17-2組成，減震棒主體17-1—端削去2厘米長半圓柱，材料為有機玻璃，用于卡住有機玻璃板16，另一端通過螺絲與圓柱形尼龍帽17-2相連，抵住波浪槽。
[0031]所述量測系統包括微型土壓力盒10、孔壓傳感器11和浪高儀20;所述微型土壓力盒10埋置在尼龍板A和尼龍板B預留的孔洞內，共12個，微型土壓力盒的厚度和尼龍板A以及尼龍板B的厚度一致，微型土壓力盒10的信號傳輸線通過尼龍板A和尼龍板B上預留的線槽引出，連接到數據采集儀和微型土壓力盒10供電裝置上，這樣處理保證了土壓力盒表面與擋土墻表面齊平，從而避免應力集中；利用綁扎帶將所述孔壓傳感器11安裝在傳感器固定支架9上;所述傳感器固定支架9側有凹槽，其曲率和孔壓傳感器11曲率一致;浪高儀20懸掛在防波堤8前方用于測量波浪要素。
[0032]本實用新型工作過程如下:首先，按照編號，將每一斷面的孔壓傳感器11固定在相應的傳感器固定支架9上，安裝完成的傳感器固定支架9按照對應縱斷面的位置布設在模型槽底板2上，將孔壓傳感器11信號傳輸線按照傳感器固定支架9 一模型箱底板2—鋼化玻璃5的順序引導到模型箱外;將微型土壓力盒10安放在尼龍板A7-2以及尼龍板B7-3對應的孔洞內，將微型土壓力盒10信號傳輸線通過尼龍板A7-2和尼龍板B7-3上刻有的線槽引出；將鋁合金板7-1、尼龍板A7-2、尼龍板B7-3以及角鋼7-4通過螺絲以及預留螺絲孔連接，在鋁合金板7-1、尼龍板A7-2和尼龍板B7-3底部利用玻璃膠密封;將擋土墻7安裝在設計的位置，在擋土墻7和模型箱左側板之間安插剛性支撐18，用玻璃膠將擋土墻7和鋼化玻璃5之間的縫隙密封;采用水下拋填法制備地基，拋填土體之前保證模型箱內水深約5厘米，土體的拋撒應均勻緩慢，用掃帚沿著水槽軸線對每層拋撒完成的土體均勻推掃2-3遍，減少土體內部的封閉氣泡，每填筑20厘米土體時，靜置2個小時，填土的過程中，注意對孔壓計的保護；當土體填筑到坑底標高時，基坑內部土體停止填筑;基坑外部繼續填筑土體到海床高度，將防波堤8安放在設計位置，采用玻璃膠密封防波堤8和鋼化玻璃5之間的縫隙；繼續填筑擋土墻7和防波堤8之間的土體到設計高度。
[0033]吊裝支撐鋼架12到波浪槽沉砂池內；吊裝模型槽安放在支撐鋼架12上；吊裝引流斜坡到波浪槽內與模型槽平行，在引流斜坡和模型槽之間的利用聚酯纖維薄膜連接作過渡處理;將減震棒17卡在有機玻璃板16和波浪槽之間；懸掛浪高儀20到制定位置;將微型土壓力盒10和孔壓傳感器11的信號傳輸線連接到對應的采集儀以及供電裝置上;最后打開波浪槽開關讓波浪槽開始造波，采集在每個造波時間段內微型土壓力盒10和孔壓傳感器11傳出的數據。
[0034]這樣，一組實驗完成，更改造波要素、擋土墻7入土深度、擋土墻7到模型槽左側板3距離或者防波堤8到擋土墻7的距離重復以上步驟完成所有實驗。
【主權項】
1.一種模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置，該裝置置于波浪槽中進行試驗，其特征在于，該裝置包括模型箱、支撐鋼架(12)、引流斜坡和量測系統四個部分;所述量測系統包括微型土壓力盒(10)、孔壓傳感器(11)和浪高儀(19);所述模型箱由模型箱框架(I)、模型箱底板(2)、模型箱左側板(3)、模型箱右側板(4)、鋼化玻璃(5)、吊環(6)、擋土墻(7)、防波堤(8)和傳感器固定支架(9)組成;所述模型箱框架(I)由鐵條焊接而成;所述模型箱底板(2)、模型箱左側板(3)和模型箱右側板(4)均由鐵板制成并焊接到模型箱框架(I)上;所述鋼化玻璃(5)通過結構膠粘貼在模型箱框架(I)上;所述吊環(6)安裝在模型箱框架(I)四個角上;所述擋土墻(7)包括鋁合金板(7-1)，鋁合金板(7-1)的兩側中下部分別鉚接尼龍板A(7-2)、尼龍板B(7-3)，鋁合金板(7-1)的上部固定橫截面為L形的角鋼(7-4)，擋土墻(7)通過角鋼(7-4)擱置于模型箱框架(I)頂部，擋土墻(7)和模型箱左側板(3)通過剛性支撐(18)連接;所述尼龍板A(7-2)和尼龍板B(7-3)上均鉆有圓形孔洞，圓形孔洞內安置微型土壓力盒(10);所述防波堤(8)橫截面為一直角梯形，由有機玻璃板材通過玻璃膠形成整體，擱置在海床上，海床由土樣在模型箱內填筑而成;所述防波提(8)前方水域懸掛浪高儀(19);所述傳感器固定支架(9)由圓柱形細長鐵桿點焊于正方形薄鐵板中央，放置于模型箱箱底板(2)上的不同位置，所述傳感器固定支架(9)上車有凹槽，凹槽上安置孔壓傳感器(11);所述支撐鋼架(12)由方鋼焊接而成，放置在模型箱底部;所述支撐鋼架(12)上部安裝吊環;所述引流斜坡由斜坡框架(14)、斜坡面板(15)、兩塊有機玻璃板(16)以及減震棒(17)組成;所述斜坡框架(14)由鐵塊、鐵條焊接而成;所述斜坡面板(15)為一整塊鐵板，焊接在斜坡框架(14)上，與水平面成1:5?1的斜坡;所述有機玻璃板(16)與斜坡框架(I 4)鉚接，兩塊有機玻璃板(16)之間通過連接鐵條(20)鉚接相連;所述減震棒(I7)由減震棒主體(17-1)和尼龍帽(17-2)組成，減震棒主體(17-1)—端削去2厘米長半圓柱，卡住有機玻璃板(16)，另一端與圓柱形尼龍帽(17-2)相連，抵住波浪槽;所述模型箱右側板(4)與模型箱頂部之間具有矩形開口，所述引流斜坡與模型箱通過矩形開口連通。2.根據權利要求1所述的一種模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置，其特征在于，所述鋁合金板(7-1)上從上到下依次開有以2行2列為一組，共三組一厘米深的孔洞，用于安插剛性支撐(18)。3.根據權利要求1所述的一種模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置，其特征在于，所述尼龍板A(7-2)和尼龍板B(7-3)上均鉆有陣列式圓形孔洞。4.根據權利要求1所述的一種模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置，其特征在于，所述微型土壓力盒(10)和尼龍板A(7-2)以及尼龍板B(7-3)厚度一致，微型土壓力盒(10)信號傳輸線通過尼龍板A(7-2)和尼龍板B(7-3)上刻有的線槽引出，連接到數據采集儀和微型土壓力盒(10)供電裝置上。5.根據權利要求1所述的一種模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置，其特征在于，所述擋土墻(7)和鋼化玻璃(5)之間的縫隙用玻璃膠密封;鋁合金板(7-1)、尼龍板A(7-2)和尼龍板B(7-3)底部用玻璃膠密封;所述防波堤(8)和鋼化玻璃(5)之間的縫隙用結構膠密封。6.根據權利要求1所述的一種模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置，其特征在于，所述孔壓傳感器(11)外徑曲率與傳感器固定支架(9)上的凹槽曲率一致，通過綁扎帶固定在傳感器固定支架(9)上;所述孔壓傳感器(11)信號傳輸線沿著傳感器固定支架(9)、模型箱底板(2)、鋼化玻璃(5)的順序連接到數據采集儀和孔壓傳感器(11)供電裝置上。7.根據權利要求1所述的一種模擬波浪荷載作用下臨?；觿討B響應模型試驗裝置，其特征在于，所述斜坡面板(15)和模型箱右側板(4)之間的縫隙以及鋼化玻璃(5)和有機玻璃板(16)之間的縫隙利用聚酯纖維薄膜連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置。該裝置包括模型箱、支撐鋼架、引流斜坡和量測系統。模型箱包括模型箱框架、擋土墻、防波堤和傳感器固定支架。引流斜坡包括斜坡框架、斜坡面板、有機玻璃板和減震棒。減震棒支撐于引流斜坡與波浪槽之間；擋土墻上埋設有微型土壓力盒；防波堤置于基坑主動側；傳感器固定支架放置在模型箱底，用于固定孔壓計。本實用新型可模擬在不同基坑寬度、擋墻入土深度、防波堤到擋墻的距離、以及不同波浪要素作用下，基坑主動、被動側土壓力以及孔隙水壓力的響應。本實用新型能為波浪荷載作用下臨?；觿討B響應問題研究提供有效的試驗數據支持，并對理論分析提供幫助。
【IPC分類】E02D33/00
【公開號】CN205382516
【申請號】CN201620093601
【發明人】應宏偉, 朱成偉, 孫威, 沈華偉, 梁文鵬, 章麗莎, 張金紅, 王小剛
【申請人】浙江大學
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年1月29日