地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构及参量测试方法

本发明属于井筒式地下连续墙室内土工模型试验的，具体涉及一种地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构及参量测试方法。

背景技术：

1、随着高铁桥梁的快速发展，井筒式地下连续墙以其优良的工程特性引起了国内外学者的高度关注和重视。目前，井筒式地下连续墙在国内外大型桥梁基础中取得了较多的应用，并已逐步推广到水利、水电及船坞基坑工程的围护和防渗结构中。近年来国内外学者对井筒式地下连续墙开展了大量卓有成效的室内土工模型试验研究工作，但值得注意的是，目前井筒式地下连续墙的室内土工模型试验研究中，如何准确获取墙体外侧及内侧土芯的墙-土受力情况一直是一大难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构及参量测试方法，以解决现有技术无法准确获取墙体外侧及内侧土芯的墙-土受力情况的问题。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、第一方面，一种地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构，其包括两片基础中部墙体和两片基础双层墙体；两片基础中部墙体对立设置，两片基础双层墙体对称设置于两片基础中部墙体的两侧；

4、基础双层墙体包括两片独立墙体，两片独立墙体上对称铣有凹槽，两个凹槽相向设置，组合形成空腔；独立墙体的外侧、空腔的两侧均安装有若干个应变片；应变片通过线束依次与外部的数据采集仪和电脑电性连接。

5、进一步地，基础双层墙体与两片基础中部墙体同侧的两端螺栓相连。

6、进一步地，独立墙体上远离空腔的一侧上开设有用于安装应变片的放置槽；放置槽沿竖直方向贯通整个基础双层墙体，且放置槽位于墙体横向居中位置。

7、进一步地，应变片包括沿竖直方向等间距布置的若干个第一应变片、若干个第二应变片、若干个第三应变片和若干个第四应变片；若干个第一应变片布置于位于外侧的独立墙体上的放置槽内，若干个第二应变片布置于空腔内、外侧的独立墙体上；若干个第三应变片布置于位于内侧的独立墙体上的放置槽内，若干个第四应变片布置于空腔内、内侧的独立墙体上。

8、第二方面，一种地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构的参量测试方法，包括以下步骤：

9、s1、第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片实时采集其对应位置处的应变值；

10、s2、根据采集的应变值，分别计算井筒式地下连续墙内侧、外侧墙体弯矩值；

11、s3、基于步骤s2所得的弯矩值，计算基础双层墙体内外两侧位移及土压力。

12、进一步地，步骤s2具体包括：

13、计算井筒式地下连续墙外侧独立墙体弯矩值：

14、

15、计算井筒式地下连续墙内侧独立墙体弯矩值：

16、

17、其中，e为试验墙体的弹性模量；i为墙身全截面对中性轴的惯性矩；εs(3-1,3-2)、εc(3-1,3-2)为第一应变片、第二应变片截面各测点的实测拉应变值、压应变值；εs(3-3,3-4)、εc(3-3,3-4)为第三应变片、第四应变片截面各测点的实测拉应变值、压应变值；h1为基础双层墙体外侧截面拉、压应变测点的间距；h2为基础双层墙体内侧截面拉、压应变测点的间距。

18、进一步地，计算井筒式地下连续墙墙身截面对中性轴的惯性矩i为：

19、

20、

21、iz＝izc+b42×a

22、

23、其中，iy为土芯中空部分截面惯性矩；iz为截面对坐标轴的截面惯性矩；izc为基础双层墙体空腔部分截面惯性矩；a为基础双层墙体空腔部分面积，b1为平行于形心轴a全截面的宽度，b2为平行于形心轴a土芯空腔截面的宽度，b3为平行于形心轴b双层墙体土芯截面的宽度，b4为形心轴a到形心轴b的距离，h3为垂直于形心轴b双层墙体土芯截面的长度。

24、进一步地，步骤s3计算墙体内外两侧位移及土压力，具体包括：

25、

26、

27、其中，δεi为i断面应变，即贴应变片位置的断面；δεi+1为i+1断面应变；θi为i断面转角；θi+1为i+1断面转角；yi为i断面水平位移；yi+1为i+1断面水平位移；h0为i、i+1断面间距；li为i单元长度；

28、假设墙身位移y(x)为多项式函数，即：

29、y(x)＝c1+c2x+c3x2+c4x3+……+cjxj-1+……+cmxm-1

30、根据最小二乘法原理，计算墙身位移计算值与实测值之间的误差：

31、

32、其中，为实测墙身位移，为使e值最小化，则：

33、

34、其中，dck≠0，即有：

35、

36、即：

37、

38、存在矩阵：

39、{t}＝{s}{c}

40、其中，{c}＝[s]-1{t}；

41、由泥面处的墙身位移得到：c1＝y(x＝0)；

42、由泥面处的墙身剪力得到：c4＝(d3y/dx3)x＝0/6＝p/(6ei)，p为作用在墙身的水平荷载；

43、求解获得y(x)，则墙身弯矩：

44、m(x)＝ei·d2y(x)/dx2

45、由泥面处的墙身剪力得到：c2＝(dm/dx)x＝0＝p；

46、由泥面处的墙周水平土抗力为0得到：c3＝0.5(d2m/dx2)＝0；

47、由墙底的墙周水平土抗力为0得到：p(x)＝(d2m/dx2)x＝l＝0；

48、进而计算得到墙周土反力为：

49、p(x)＝d2m/dx2

50、即根据实测墙身弯矩，求出墙身位移及墙周土反力。

51、本发明提供的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构及参量测试方法，具有以下有益效果：

52、本发明能够准确有效地获得土芯及土芯外侧墙-土受力情况，克服了传统量测技术只能获取基础外侧单p-y曲线的瓶颈，对井筒式地下连续墙室内土工模型试验提供了一种简单高效的解决方案，可以有效地指导井筒式地下连续墙基础的试验工作，从而有助于井筒式地下连续墙基础的设计与应用。

技术特征：

1.一种地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构，其特征在于：包括两片基础中部墙体和两片基础双层墙体；两片所述基础中部墙体对立设置，两片所述基础双层墙体对称设置于两片基础中部墙体的两侧；

2.根据权利要求1所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构，其特征在于：所述基础双层墙体与两片所述基础中部墙体同侧的两端螺栓相连。

3.根据权利要求1所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构，其特征在于：所述独立墙体上远离空腔的一侧上开设有用于安装应变片的放置槽；所述放置槽沿竖直方向贯通整个基础双层墙体，且放置槽位于墙体横向居中位置。

4.根据权利要求3所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构，其特征在于：所述应变片包括沿竖直方向等间距布置的若干个第一应变片、若干个第二应变片、若干个第三应变片和若干个第四应变片；若干个所述第一应变片布置于位于外侧的独立墙体上的放置槽内，若干个所述第二应变片布置于空腔内、外侧的独立墙体上；若干个所述第三应变片布置于位于内侧的独立墙体上的放置槽内，若干个所述第四应变片布置于空腔内、内侧的独立墙体上。

5.根据权利要求1～4任一项所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构的参量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构的参量测试方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：

7.根据权利要求6所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构的参量测试方法，其特征在于，计算井筒式地下连续墙墙身截面对中性轴的惯性矩i为：

8.根据权利要求7所述的地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构的参量测试方法，其特征在于，步骤s3计算墙体内外两侧位移及土压力，具体包括：

技术总结
本发明公开了一种地下连续墙水平受荷试验的双层墙结构及参量测试方法，包括两片基础中部墙体和两片基础双层墙体；两片基础中部墙体对立设置，两片基础双层墙体对称设置于两片基础中部墙体的两侧；基础双层墙体包括两片独立墙体，两片独立墙体上对称铣有凹槽，两个凹槽相向设置，组合形成空腔；独立墙体的外侧、空腔的两侧均安装有若干个应变片；应变片通过线束依次与外部的数据采集仪和电脑电性连接。本发明能够准确有效地获得土芯及土芯外侧墙‑土受力情况，克服了传统量测技术只能获取基础外侧单p‑y曲线的瓶颈，本发明可以有效地指导井筒式地下连续墙基础的试验工作，从而有助于井筒式地下连续墙基础的设计与应用。

技术研发人员：吴九江,胡浩东,李艳,连继峰,赵国兴,潘司瑞,张洋,程谦恭
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13