本實用新型屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種簡易地下結(jié)構(gòu)物浮力分析模型試驗裝置，是一種土工室內(nèi)試驗裝置，具體是在模型槽中填充飽和土體，將模型室埋設(shè)其中，通過測定模型室受到的浮力，分析地下結(jié)構(gòu)浮力作用機理。

背景技術(shù)：

近年來隨著地下空間（地下車站、地下道路、地下綜合體等）開發(fā)規(guī)模迅速加大,地下結(jié)構(gòu)的抗浮問題越來越引起工程界和學術(shù)界的重視，特別是在地下水位較高的地區(qū),對于埋深淺而體量較大的地下結(jié)構(gòu)而言,其抗浮設(shè)計是一個影響結(jié)構(gòu)安全且涉及巨額造價的問題。但是,由于缺乏合理的理論指導及地下結(jié)構(gòu)浮力問題的復雜性,人們對于如何確定地下結(jié)構(gòu)上的浮力并沒有統(tǒng)一的認識。不同的研究者通過理論分析、室內(nèi)試驗和現(xiàn)場實測得到的結(jié)論不盡相同。

從已有的研究來看,對于地下結(jié)構(gòu)浮力問題目前最重要和可靠的研究手段仍是試驗。當前浮力研究最常用的方法是開展現(xiàn)場試驗，通過測定孔隙水壓力間接反映浮力的大小?，F(xiàn)場試驗可以獲得比較真實的場地孔隙水壓力分布規(guī)律，為分析地下結(jié)構(gòu)所受浮力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是，該方法不能說明地下結(jié)構(gòu)所在位置的孔隙水壓力如何計算揚壓力的問題，并且現(xiàn)場監(jiān)測費時費力，費用昂貴。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于提供一種可直接測定浮力以及提高浮起狀態(tài)判定的精確性的簡易地下結(jié)構(gòu)物浮力分析模型試驗裝置。

本實用新型包括底座、模型槽、第一模型室、第二模型室、第三模型室，所述底座固定在所述模型槽的外底面，所述模型槽底部設(shè)置排水口，在所述模型槽側(cè)壁中部至下部依次設(shè)置三個測壓孔，所述測壓孔內(nèi)連接測壓管；所述第一模型室、第二模型室、第三模型室分別設(shè)置在所述模型槽內(nèi)，所述第一、第二、第三模型室分別通過支撐桿件支撐在所述模型槽內(nèi)，所述第一、第二、第三模型室的高度依次降低，第一、第二、第三模型室的上端處于同一水平面，三個所述測壓管分別與所述第一、第二、第三模型室的底面對應(yīng)于同一平面；所述第一、第二、第三模型室分別包括模型室側(cè)壁、模型室頂板、模型室底板、至少兩根模型室連接桿，各所述模型室連接桿固定在所述模型室頂板、模型室底板之間，各所述模型室連接桿的兩端分別固定在所述模型室頂板、模型室底板的內(nèi)側(cè)面，所述模型室連接桿圍繞模型室頂板、模型室底板中心對稱設(shè)置，所述模型室頂板擱置在所述模型室側(cè)壁的上頂端，所述模型室底板與所述模型室側(cè)壁之間設(shè)有間隙；在所述模型室頂板的上端設(shè)置壓重裝置，觀測裝置，所述壓重裝置放置在所述模型室頂板的中心處，所述觀測裝置通過支架放置在所述模型室頂板上。

本實用新型在所述模型室底板與所述模型室側(cè)壁側(cè)壁之間設(shè)置止水膠帶，所述止水膠帶固定在所述模型室底板邊緣。

本實用新型采用模型室底板和頂板固定連接，底板和側(cè)壁之間存在間隙，采用止水膠帶密封，頂板掛置在側(cè)壁頂部。試驗中受到浮力作用下，底板和頂板能浮起，在浮起瞬間，根據(jù)力的平衡，可直接測定所受浮力；通過架設(shè)在頂板觀測架上的百分表，可以直接觀測到底板浮起的位移量，精度達到0.01mm，能精準判定底板浮起狀態(tài)。其可大幅度提高地下結(jié)構(gòu)浮力模型試驗的精度。

本實用新型在所述模型槽長度方向相對的兩個側(cè)壁上部分別設(shè)置三個第一連接孔，在所述模型槽寬度方向相對的兩個側(cè)壁上部分別設(shè)置一個第二連接孔，在所述模型室側(cè)壁上部均布四個第三連接孔，各所述第一連接孔與相對應(yīng)的各所述第三連接孔之間分別通過連接螺桿支撐連接，在兩個第二連接孔及與所述第二連接孔在同一直線上的第三連接孔內(nèi)貫穿一根連接螺桿，所述連接螺桿的兩端分別穿過兩個所述第二連接孔，連接螺桿端部通過螺母固定。模型室采用上述固定方式，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不影響測量精度。

本實用新型所述壓重裝置包括盛水的量杯、砝碼，所述砝碼放置在所述模型室頂板的中心，所述量杯放置在所述砝碼上；通過往量杯中加注或抽取水來微調(diào)壓重，使得底板處于懸浮狀態(tài)。

本實用新型所述觀測裝置包括觀測架、百分表，觀測架居中放置在所述模型室頂板中心，所述觀測架包括四根支撐腿、一個支撐平板，各所述支撐腿均勻固定在所述支撐平板下方，所述支撐腿支撐在所述模型室頂板上；所述百分表架設(shè)在所述支撐平板中心，所述百分表通過支架可拆卸式連接在所述連接螺桿上。通過觀察觀測裝置百分表指針的偏轉(zhuǎn)，覺得向量杯被抽取或注水，便于獲得測量結(jié)果。

本實用新型所述模型室連接桿為四根，所述模型室連接桿繞所述模型室頂板的中心呈中心對稱布置。四根模型室連接桿，使得模型室頂板和底板之間支撐更為穩(wěn)定，防止連接松動發(fā)生單側(cè)傾斜。

本實用新型所述測壓管伸入所述模型槽內(nèi)壁的長度不小于50mm。這種設(shè)置為了得到準確的數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3位模型室的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4位模型室側(cè)壁與底板連接示意圖。

具體實施方式

如圖1、2、3、4所示，本簡易地下結(jié)構(gòu)物浮力分析模型試驗裝置，包括底座4、模型槽1、第一模型室2-1、第二模型室2-2、第三模型室2-3，底座4固定在模型槽1的外底面，模型槽1底部設(shè)置排水口15，排水口15連接排水管5，在模型槽1側(cè)壁中部至下部依次設(shè)置三個測壓孔16，測壓孔內(nèi)連接測壓管3；第一模型室2-1、第二模型室2-2、第三模型室2-3分別設(shè)置在模型槽1內(nèi)，第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3分別通過支撐桿件支撐在模型槽1內(nèi)，第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3的高度依次降低，第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3的上端處于同一水平面，三個測壓管3分別與第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3的底面對應(yīng)于同一平面；第一、第二、第三模型室2-1、2-2、2-3分別包括模型室側(cè)壁12、模型室頂板11、模型室底板10、至少兩根模型室連接桿13，各模型室連接桿13固定在模型室頂板11、模型室底板10之間，各模型室連接桿13的兩端分別固定在模型室頂板11、模型室底板10的內(nèi)側(cè)面，模型室連接桿13圍繞模型室頂板11、模型室底板10中心對稱設(shè)置，模型室頂板11擱置在模型室側(cè)壁12的上頂端，模型室底板10與模型室側(cè)壁12之間設(shè)有間隙，在模型室底板10與模型室側(cè)壁12之間設(shè)置止水膠帶14，止水膠帶14固定在模型室底板10邊緣；在模型室頂板11的上端設(shè)置壓重裝置7，觀測裝置17，壓重裝置7放置在模型室頂板11的中心處，觀測裝置17通過支架放置在模型室頂板11上。

在模型槽1長度方向相對的兩個側(cè)壁上部分別設(shè)置三個第一連接孔18，在模型槽1寬度方向相對的兩個側(cè)壁上部分別設(shè)置一個第二連接孔19，在模型室側(cè)壁12上部均布四個第三連接孔20，各第一連接孔18與相對應(yīng)的各第三連接孔20之間分別通過連接螺桿6支撐連接，在兩個第二連接孔19及與第二連接孔19在同一直線上的第三連接孔20內(nèi)貫穿一根連接螺桿6，連接螺桿6的兩端分別穿過兩個第二連接孔19，連接螺桿6端部通過螺母固定。

壓重裝置7包括盛水的量杯21、砝碼22，砝碼22放置在模型室頂板11的中心，量杯21放置在砝碼22上；通過往量杯21中加注或抽取水來微調(diào)壓重，使得模型室底板10處于懸浮狀態(tài)。

觀測裝置17包括觀測架8、百分表9，觀測架8居中放置在模型室頂板11中心，觀測架8包括四根支撐腿23、一個支撐平板24，各支撐腿23均勻固定在支撐平板24下方，支撐腿23支撐在模型室頂板11上；百分表9架設(shè)在支撐平板24中心，百分表9通過支架可拆卸式連接在連接螺桿6上。

模型室連接桿13為四根，模型室連接桿13繞模型室頂板11的中心呈中心對稱布置。

測壓管3伸入模型槽內(nèi)壁的長度不小于50mm。這種設(shè)置為了得到準確的數(shù)據(jù)。

該試驗裝置的操作步驟如下：

（1）將底座放置平穩(wěn)，模型槽1放置在底座上，用水平尺檢查是否放置水平；

（2）在模型槽1短邊側(cè)壁預留孔洞處安裝測壓管3，測壓管3升入模型槽1內(nèi)壁不小于50mm；

（3）關(guān)閉模型槽1排水閥門，在模型槽1中加注水，檢查測壓管3安裝洞口、排水孔是否漏水，并檢驗測壓管中水力連接是否暢通。檢查完畢后，打開排水閥門，將模型槽1的水排盡；

（4）將止水膠布14纏繞在模型室底板10的側(cè)壁，纏繞厚度略大于模型室底板11與模型室側(cè)壁12之間的間隙，并在止水膠布14與模型室側(cè)壁12的內(nèi)側(cè)接觸面處涂潤滑劑；

（5）通過預留孔洞，用螺桿和螺栓將模型室2-1、2-1、2-3固定在模型槽1上，保證三個模型室底板10下底面與對應(yīng)的測壓管3在同一水平面；

（6）將砝碼和盛水的量杯均勻放置在模型室頂板11中心處；

（7）在模型槽1與模型室2-1、2-2、2-3之間填充土體（沙土、粉土、黏土等），分層夯實填筑；

（8）填筑完畢后，將模型槽1中加注水，待打開排水閥門，有穩(wěn)定水流流出，并測壓管3水頭相應(yīng)減少時，認為填充土體固結(jié)完畢，關(guān)閉排水閥門，并用鋼尺測定此時模型槽1中水位高度；

（9）將觀測架8放置在模型室頂板11中心處，用水平尺檢查觀測頂部圓形鐵片是否水平，檢查完畢后并將百分表9架設(shè)在觀測架8的圓形鐵片中心，并調(diào)零；

（10）不斷減少砝碼，在臨近起浮狀態(tài)時，通過抽取量杯中的水微調(diào)壓重，觀測百分表9指針是否轉(zhuǎn)動，當發(fā)現(xiàn)指針轉(zhuǎn)動時，通過向量杯中抽取和回注水，使百分表9指針微小來回轉(zhuǎn)動，記錄下此時壓重和測壓管水頭高度。