本發(fā)明涉及一種基于基坑開挖模型試驗的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置，特別是涉及可同時考慮地下水環(huán)境和擋土墻入土深度變化的柔性擋土墻基坑開挖模型試驗裝置，方便對基坑開挖過程土體中超靜孔隙水壓力、土壓力以及基坑變形等進行監(jiān)測。

背景技術(shù)：
在濱海、沿江地區(qū)的深基坑工程面臨地下水豐富，施工環(huán)境復雜以及施工難度大等挑戰(zhàn)，其中地下水作用引起的基坑變形和失穩(wěn)問題是該類地區(qū)深基坑工程的重大風險源之一。目前基坑開挖模型試驗多不考慮地下水作用，試驗土體選用干砂，主要監(jiān)測基坑開挖土體的土壓力和基坑變形，與有地下水作用的基坑開挖情況有較大差異?？紤]地下水作用基坑開挖模型試驗，有研究(孫威.濱海地區(qū)深基坑性狀的試驗及理論研究[D].浙江大學,2015.)采用固定擋土墻的方法，該方法只能監(jiān)測土體中超靜孔隙水壓力，無法獲得準確的土壓力和基坑變形數(shù)據(jù)。另有研究(彭述權(quán).砂土擋墻破壞機理宏細觀研究[D].同濟大學,2007.)采用薄膜通過電暈的方法粗糙處理后涂抹環(huán)氧樹脂連接擋土墻和模型箱，該方法可獲取試驗土體中超靜孔隙水壓力、土壓力和基坑變形數(shù)據(jù)，但薄膜連接工藝較為復雜，擋墻位移較大時薄膜可能在移動過程中由于土顆粒摩擦導致破損，無法順利完成試驗或進行重復試驗。因此，更為簡單、準確地模擬地下水環(huán)境下?lián)跬翂Φ囊苿邮菫I海、沿江基坑開挖模型試驗中需要解決的問題。大量試驗研究表明基坑的受力、變形和穩(wěn)定性與擋土墻入土深度有很大關(guān)系。在實際工程中，設(shè)計方案常常會包含多個擋土墻入土深度方案，最后通過有限元數(shù)值計算、工程經(jīng)驗類比的方法確定唯一擋土墻入土深度設(shè)計方案，尚缺乏相關(guān)可調(diào)節(jié)入土深度的擋土墻基坑開挖模型試驗提供的相關(guān)基坑設(shè)計參考意見。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于基坑開挖模型試驗的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置，解決了有效精確模擬地下水環(huán)境下基坑開挖過程中的擋土墻移動問題，并可重復試驗研究不同擋土墻入土深度對基坑水土壓力以及變形的影響。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于基坑開挖模型試驗的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置，該裝置包括擋土墻和支撐，所述擋土墻上部設(shè)有多道螺栓，通過螺栓固定擋土墻支架；所述擋土墻中部預留有若干固定螺栓，兩側(cè)設(shè)有止水橡膠條；所述止水橡膠條保證擋土墻移動過程中與模型箱接觸面不發(fā)生漏水；所述支撐的一端具有內(nèi)螺紋口，內(nèi)螺紋口與固定螺栓螺紋連接，實現(xiàn)支撐的安裝。進一步地，所述支撐包括實心鋁桿、伸縮桿和支撐連接螺栓；所述實心鋁桿上開有若干凹槽，一端具有內(nèi)螺紋口；所述伸縮桿為空心鋁管，伸縮桿上開有若干螺紋孔；所述支撐連接螺栓穿過伸縮桿上的螺紋孔抵住實心鋁桿的凹槽，使得實心鋁桿和伸縮桿緊密連接。進一步地，所述支撐包括第一支撐桿、第二支撐桿和套筒；所述第一支撐桿的一端具有外螺紋；所述第二支撐桿的一端具有內(nèi)螺紋口，另一端具有外螺紋；所述套筒具有內(nèi)螺紋通道，一端螺紋連接第一支撐桿，另一端螺紋連接第二支撐桿。進一步地，所述止水橡膠條由半圓柱形橡膠腔體和橡膠片組成；所述橡膠片嵌入擋土墻側(cè)面的槽線中，涂抹硅膠密封安裝在擋土墻上。進一步地，所述擋土墻為鋁板，其厚度由模型試驗需模擬的擋土墻剛度確定。進一步地，所述擋土墻支架為不銹鋼板。進一步地，所述模型箱與擋土墻接觸的兩個側(cè)面為鋼化玻璃。進一步地，所述螺栓的位置由擋土墻入土深度確定，道數(shù)由改變擋土墻入土深度的基坑開挖試驗需要調(diào)整的組數(shù)確定。進一步地，所述固定螺栓的數(shù)量和位置由基坑支撐的數(shù)量和位置確定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明中擋土墻在基坑開挖過程中由于坑內(nèi)外土壓力差可發(fā)生相應的位移，監(jiān)測不同開挖工況下基坑土體中的超靜孔隙水壓力、土壓力以及基坑變形，相比于固定擋土墻的試驗方法更能反映實際基坑工程開挖過程中的水土壓力和基坑變形響應。2、本發(fā)明可模擬地下水作用的基坑工程環(huán)境，采用由半圓柱形橡膠腔體和橡膠片組成的定制止水橡膠條密封；將橡膠片嵌入擋土墻側(cè)面的槽線中，涂抹硅膠密封把止水橡膠條安裝在擋土墻上，一方面可以達到防止漏水的目的，另一方面保證擋土墻移動過程中止水橡膠條不會發(fā)生剝落；半圓柱形橡膠腔體在擋土墻移動過程中會被壓扁，增大止水橡膠條與鋼化玻璃的接觸面，進一步保證擋土墻在移動過程中止水橡膠條與模型箱接觸面不發(fā)生漏水，工作原理簡單，裝置簡易，安裝操作方便。3、本發(fā)明在擋土墻上部設(shè)有多道用于固定擋土墻支架的螺栓，可以實現(xiàn)不同擋土墻入土深度的試驗模擬，相比于傳統(tǒng)針對不同入土深度的基坑模型試驗需要制作不同高度的擋土墻來完成試驗的方法，免去了不同高度的擋土墻制作這一步驟，節(jié)約了試驗成本和模型制作時間。4、本發(fā)明可以準確模擬基坑開挖過程中的加撐工序，內(nèi)支撐安裝過程中不會對基坑未開挖的土體有擾動影響；內(nèi)支撐與擋土墻之間通過螺紋固定連接，較之傳統(tǒng)的基坑模型試驗將內(nèi)支撐架設(shè)在擋土墻上或者直接抵住擋土墻實現(xiàn)加撐的方法，更能客觀地反映實際基坑工程開挖時的加撐情況；通過控制實心鋁桿直徑和空心鋁桿壁厚來實現(xiàn)基坑內(nèi)支撐剛度的模擬，更加客觀地反映了內(nèi)支撐對基坑開挖的工程影響。。5、本發(fā)明采用可伸縮支撐元件，可以模擬不同寬度的基坑開挖試驗，相比于傳統(tǒng)的基坑開挖模型試驗采用固定長度的支撐或者可伸縮支撐僅用于實現(xiàn)支撐安裝的實驗思路，可采用同一套試驗裝置開展多組不同寬度的基坑開挖試驗，減少了對試驗裝置的改裝，節(jié)約了試驗成本和模型制作時間，工作原理簡單，操作方便，具有很大的實用性。6、本發(fā)明可根據(jù)土工模型試驗的需求，調(diào)整內(nèi)支撐元件的數(shù)量，以及擋土墻上的內(nèi)支撐固定螺栓的位置和數(shù)量，模擬不同基坑的開挖情況。附圖說明圖1(a)為采用第一類支撐的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置側(cè)面圖。圖1(b)為采用第二類支撐的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置側(cè)面圖。圖2為擋土墻平面圖。圖3為止水橡膠條剖面圖。圖4(a)為采用第一類支撐的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置在模型試驗中的應用示意圖。圖4(b)為采用第二類支撐的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置在模型試驗中的應用示意圖。圖中：擋土墻1；擋土墻支架2；螺栓3；止水橡膠條4；半圓柱形橡膠腔體4-1；橡膠片4-2；固定螺栓5；支撐6；實心鋁桿6-1；空心鋁桿6-2；支撐連接螺栓6-3；第一支撐桿6-4；第二支撐桿6-5；套筒6-6；模型箱7；模型箱底座8；反力架9；試驗土體10。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖1(a)、圖1(b)所示，本發(fā)明基于基坑開挖模型試驗的可調(diào)節(jié)防水基坑支護裝置，包括擋土墻1和支撐6。所述擋土墻1上部設(shè)有多道螺栓3，通過螺栓3固定擋土墻支架2；所述擋土墻1中部預留有若干固定螺栓5，兩側(cè)設(shè)有止水橡膠條4；所述止水橡膠條4保證擋土墻1移動過程中與模型箱7接觸面不發(fā)生漏水；所述支撐6的一端具有內(nèi)螺紋口，內(nèi)螺紋口與固定螺栓5螺紋連接，實現(xiàn)支撐6的安裝。優(yōu)選地，所述支撐6可采用以下兩種形式：一.如圖1(a)所示，所述支撐6包括實心鋁桿6-1、伸縮桿6-2和支撐連接螺栓6-3；所述實心鋁桿6-1上開有若干凹槽，一端具有內(nèi)螺紋口；所述伸縮桿6-2為空心鋁管，伸縮桿6-2上開有若干螺紋孔；所述支撐連接螺栓6-3選用M6螺栓，穿過伸縮桿6-2上的螺紋孔抵住實心鋁桿6-1的凹槽，使得實心鋁桿6-1和伸縮桿6-2緊密連接。二.如圖1(b)所示，所述支撐6包括第一支撐桿6-4、第二支撐桿6-5和套筒6-6；所述第一支撐桿6-4的一端具有外螺紋；所述第二支撐桿6-5的一端具有內(nèi)螺紋口，另一端具有外螺紋；所述套筒6-6具有內(nèi)螺紋通道，一端螺紋連接第一支撐桿6-4，另一端螺紋連接第二支撐桿6-5。如圖2所示，所述擋土墻1為一定厚度的鋁板，其厚度由模型試驗需模擬的擋土墻剛度計算得到。所述擋土墻支架2由厚度為20mm的不銹鋼板制成。所述螺栓3選用M8螺栓，其位置由擋土墻1的入土深度確定，道數(shù)由改變擋土墻入土深度的基坑開挖試驗需要調(diào)整的組數(shù)確定。所述固定螺栓5選用M8螺栓，其數(shù)量和位置由基坑支撐的數(shù)量和位置確定。如圖3所示，所述止水橡膠條4由半圓柱形橡膠腔體4-1和橡膠片4-2組成；所述橡膠片4-2嵌入擋土墻1側(cè)面的槽線中，涂抹硅膠密封安裝在擋土墻1上，一方面可以達到防止漏水的目的，另一方面保證擋土墻移動過程中止水橡膠條不會發(fā)生剝落；所述半圓柱形橡膠腔體4-1在擋土墻移動過程中會被壓扁，增大止水橡膠條與鋼化玻璃的接觸面，進一步保證擋土墻在移動過程中止水橡膠條與模型箱接觸面不發(fā)生漏水。如圖4(a)、圖4(b)所示，本發(fā)明可應用于地下水環(huán)境下基坑開挖模型試驗。所述模型箱7與擋土墻1接觸的兩個側(cè)面為20mm厚鋼化玻璃，便于試驗中擋土墻和土體位移的監(jiān)測，為保證擋土墻1移動過程中不發(fā)生漏水現(xiàn)象，模型箱7的制作尺寸精度要求較高。本發(fā)明的工作過程如下：首先根據(jù)擋土墻1的設(shè)計入土深度選擇螺栓3的位置將擋墻支架2固定于擋土墻1上；將擋土墻1置于模型箱7內(nèi)，使擋土墻1上的止水橡膠條4與模型箱7兩側(cè)的鋼化玻璃垂直并貼緊；而后向模型箱7填入試驗土體10，同時埋設(shè)孔隙水壓力傳感器和土壓力盒，將試驗土體10充分飽和；安裝位移傳感器監(jiān)測土體變形和擋土墻位移；逐層開挖擋土墻1左側(cè)的試驗土體10，逐層開挖逐層安裝支撐6；通過支撐6一端的內(nèi)螺紋與擋土墻1上的固定螺栓5連接，通過調(diào)整支撐6的長度使之頂緊與模型箱7共同固定在模型箱底座8上的反力架9，完成支撐6的安裝。整個基坑開挖試驗過程中，監(jiān)測土體中的超靜孔隙水壓力、土壓力和基坑變形，獲得相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，為類似基坑設(shè)計提供一定的參考意見。