模拟锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏的模型试验装置

1.本实用新型涉及基坑工程中的一种试验装置，特别是一种研究锚杆支护体系中，模拟支护基坑局部锚杆失效，探索基坑局部锚杆失效时的荷载传递规律的模型试验装置。


背景技术：

2.锚杆支护作为一种常见的基坑支护体系，多用于工程规模大，周边环境复杂，基坑形状不规则的情形。在锚杆支护基坑中，锚杆的合理使用能有效控制土体变形，减小围护结构内力，同时降低工程成本，提高施工效率。但是在实际工程中，由于锚杆的设计和施工不当引起的基坑坍塌事故也时有发生，如科隆，日本，郑州，南宁等地均曾发生过由于局部锚杆失效引起的基坑垮塌事故，造成了巨大的财产损失。
3.近年来，众多学者已经对大量锚杆工程实例或事故案例进行了分析。例如international federation for prestressing(fip)对35个锚杆支护工程案例进行了统计分析，其中很多工程中锚杆存在失效的风险，甚至已有工程因锚杆失效引发了结构垮塌。
4.但是目前的基坑稳定研究方法仅仅局限于二维情况下，基坑即将破坏的临界状态，无法研究基坑局部破坏后的发展情况，也无法评估基坑破坏后的灾害情况，更没有系统的基坑工程防连续垮塌理论。此外，目前关于深基坑连续破坏的研究主要针对悬臂式排桩、环梁式水平支撑结构体系以及内支撑式排桩支护体系，而桩锚支护体系作为近年来常用的一种基坑支护形式，其局部破坏引发连续破坏机理、过程及基坑整体安全的控制更是亟待研究。因此有必要提供一种模拟局部锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏的模型试验装置及方法，用以揭示现阶段仍匮乏的局部锚杆失效引发连续破坏的荷载传递机理。


技术实现要素：

5.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种模拟锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏的模型试验装置。
6.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种模拟锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏的模型试验装置，包括矩形模型箱，在所述模型箱内撒设有沙土体，在所述沙土体内挖有模拟基坑，所述模拟基坑位于所述模型箱的前侧，三面邻接所述模型箱的侧壁，一面设有围护结构，在所述围护结构上安装有土压力监测设备，所述围护结构包括支护桩和冠梁，所述支护桩和所述冠梁内侧粘贴有应变片，在所述围护结构内侧、相邻的两根所述支护桩之间粘结有防漏薄膜；所述冠梁由牛腿支撑，二者固接，所述牛腿固定在与其对应的支护桩的内侧顶部，在所述冠梁上连接有锚杆，所述锚杆是采用钢绞线制成的，所述锚杆穿出所述模型箱的后侧壁并绕过定滑轮与位于其上方、竖直设置的空心螺栓固接，所述空心螺栓连接在支撑板上，所述支撑板固接在所述模型箱的后侧壁顶部，在所述锚杆位于所述模型箱外侧的杆段上连接有拉力计，所述定滑轮安装在所述模型箱的后侧壁外侧，所述模型箱的左侧壁或右侧壁是由钢化玻璃板制成的；在所述模型箱外侧设有导轨支架，在所述导轨支架上铺设有导轨，所述导轨横跨所述模型箱的顶部，在所述
导轨上设有撒砂小车，所述撒砂小车由轮轴系统和带有撒砂阀门的砂斗组成；所述撒砂小车配备有运砂抓斗。
7.所述模型箱的前侧壁中上部是由与壁长等长的钢板条拼接而成的。
8.所有所述钢板条的宽度相等。
9.所述冠梁两端与所述模型箱侧壁间留有空隙。
10.所述支护桩和所述冠梁均是采用硬质pvc矩形空心管制成的。
11.所述导轨沿所述模型箱的长度方向设置。
12.本实用新型具有的优点和积极效果是：采用相似原理，模拟局部锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏，便于探索局部锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏时的荷载传递规律。体积小，结构合理，试验方便，可靠性好，对各种尺寸的桩锚支护基坑都有较好的适用性，结构简单，成本低。
附图说明
13.图1为本实用新型的结构示意图。
14.图中：1-模型箱；2-导轨支架；3-撒砂小车；4-运砂抓斗；5-支护桩；6-锚杆；7-冠梁；8-拉力计；9-空心螺栓；10-定滑轮；11-轮轴系统；12-撒砂阀门；13-砂斗；14-钢板条；15-牛腿。
具体实施方式
15.为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
16.请参阅图1，一种模拟锚杆失效引发桩锚支护基坑连续破坏的模型试验装置，包括矩形模型箱1，在所述模型箱1内撒设有沙土体，在所述沙土体内挖有模拟基坑，所述模拟基坑位于所述模型箱1的前侧，三面邻接所述模型箱1的侧壁，一面设有围护结构。
17.在所述围护结构上安装有土压力监测设备，所述围护结构包括支护桩5和冠梁7，所述支护桩5和所述冠梁7内侧粘贴有应变片，在相邻的两根所述支护桩5之间粘结有防漏薄膜，可防止模拟基坑外的砂土由桩缝漏出。
18.所述冠梁7由牛腿15支撑，二者固接，所述牛腿15固定在与其对应的支护桩5的内侧顶部，牛腿15可选用有机玻璃制作，采用强力胶水粘结在支护桩5上。冠梁的长度比模型箱宽度略短，以保证冠梁两端与模型箱侧壁留有空隙，避免摩擦影响支护体系的荷载传递。冠梁按照锚杆布置方式进行打孔，以满足锚杆锚固要求。
19.在所述冠梁7上连接有锚杆6，所述锚杆6是采用钢绞线制成的，所述锚杆6穿出所述模型箱1的后侧壁并绕过定滑轮10与位于其上方、竖直设置的空心螺栓9固接，所述空心螺栓9连接在支撑板上，所述支撑板固接在所述模型箱1的后侧壁顶部，在所述锚杆6位于所述模型箱1外侧的杆段上连接有拉力计8，所述定滑轮10安装在所述模型箱1的后侧壁外侧。试验过程中可以旋转空心螺栓9使其升高或降低，从而拉伸或松弛锚杆6使其产生预应力或松弛锚杆轴力。拉力计8可以实时监测锚杆轴力，精确施加锚杆预应力。
20.所述模型箱1的前侧壁中上部是由等壁长钢板条14拼接而成的，并且所有钢板条14的宽度也相等。采用拼装结构是为了方便基坑开挖，在基坑开挖过程中可逐条取下钢板
条14。
21.所述模型箱1的左侧壁或右侧壁是由钢化玻璃板制成的，可以观察试验过程中土体及结构的变形，其余三侧及底部为钢板，钢板外侧焊接有加劲肋作为支撑，以保证模型箱刚度。
22.在所述模型箱1外侧设有导轨支架2，在所述导轨支架2上铺设有导轨，所述导轨横跨所述模型箱1的顶部，在所述导轨上设有撒砂小车3，所述撒砂小车3由轮轴系统11和带有撒砂阀门12的砂斗13组成。
23.所述撒砂小车12配备有运砂抓斗4，运砂抓斗4可从储砂池向砂斗13中装运砂土。
24.由于撒砂小车12位于导轨支架2上，与模型箱1分离，因此可避免撒砂时对模型土造成扰动，撒砂小车应能保证撒砂时砂土覆盖整个模型箱且均匀洒落。在进行砂雨法撒砂前，将锚杆6按照设计位置预置于模型箱内，其中锚杆一端通过模型桩桩间空隙并锚固于冠梁上，另一端通过定滑轮最终锚固于空心螺栓上。
25.在本实施例中，所述导轨沿所述模型箱1的长度方向设置。所述支护桩5和所述冠梁7都是采用硬质pvc矩形空心管制成的。
26.采用上述装置进行试验，包括如下步骤：
27.首先布置支护桩，然后将土压力监测设备布置于围护结构上。将冠梁与锚杆预置于基坑内部，但锚杆的箱外端不进行锚固。然后，运砂抓斗从储砂池向砂斗中装运砂土，打开撒砂阀门，撒砂小车沿模型箱长度方向前后移动进行砂雨法撒砂。撒砂结束后将等宽钢板条逐条取下并对基坑进行开挖，开挖至一定深度后将锚杆的箱外端锚固于空心螺栓顶端，空心螺栓上旋为锚杆施加一定预应力，然后继续开挖基坑至试验设计深度。按试验设计顺序剪断锚杆，直至基坑发生连续倒塌破坏。
28.本实用新型可用于对局部锚杆失效引发的基坑连续破坏进行研究，以揭示桩锚支护基坑局部锚杆失效引发的荷载传递机理。
29.尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。