1.一种用于测量地下车站底板浮力的模拟试验装置,其特征在于,包括钢筋混凝土试验池(1);所述钢筋混凝土试验池(1)内从下至上填充有粘土层(2)和砂土层(3),砂土层(3)顶部设有卵石层(18),钢筋混凝土试验池(1)内中部竖向设有钢内筒(5),所述钢内筒(5)底部设于粘土层(2)中,顶部不低于砂土层(3)的顶面标高;所述钢内筒(5)下方设有第一盲沟(4),第一盲沟(4)顶面设有钢丝网片(7),钢内筒(5)底部边缘与钢丝网片(7)固定;所述钢内筒(5)外侧设有第二盲沟(6),且第二盲沟(6)设于粘土层(2)内;所述第一盲沟(4)和第二盲沟(6)均通过对应的排水管和水位管与所述钢筋混凝土试验池(1)外部连通;所述钢内筒(5)底部通过底板连接组件(8)与浮力测试底板(9)连接,两者连接处密封,且浮力测试底板(9)可于底板连接组件(8)内竖向限位移动;所述钢内筒(5)底部内侧竖向间隔设有第一钢板条(801)和第二钢板条(802),所述第一钢板条(801)和第二钢板条(802)内侧设有钢环(803),所述浮力测试底板(9)固定设于钢环(803)之间;所述钢环(803)的环向槽内固定有限位销(804),且其一端位于第一钢板条(801)和第二钢板条(802)之间;所述钢环(803)底面和第一钢板条(801)底面设有柔性止水条(805),并通过螺栓组件将该柔性止水条(805)与两者连接;同时所述钢环(803)与第二钢板条(802)顶面设有柔性止水条(805),并通过螺栓组件将该柔性止水条(805)与两者连接;所述浮力测试底板(9)上设有若干压力传感器(10)和位移传感器(11),其中压力传感器(10)固定于其顶部,且压力传感器(10)可通过压缩变形测量当前压力值,所述钢内筒(5)内竖向设置的钢结构支架(12)底部与所述压力传感器(10)连接,顶部与顶部支撑结构连接,所述顶部支撑结构固定于所述钢筋混凝土试验池(1)池壁顶面。
2.根据权利要求1所述的用于测量地下车站底板浮力的模拟试验装置,所述第一盲沟(4)和第二盲沟(6)连接的水位管,另一端与钢筋混凝土试验池(1)外壁上对应的水位标识牌(17)连通,以通过读数直观读出对应的水位。
3.根据权利要求1或2所述的用于测量地下车站底板浮力的模拟试验装置,所述第一盲沟(4)和第二盲沟(6)连接的排水管于钢筋混凝土试验池(1)外部设有独立的阀门。
4.根据权利要求2所述的用于测量地下车站底板浮力的模拟试验装置,所述钢筋混凝土试验池(1)外部设有阶梯,便于读取水位标识牌(17)的读数,所述钢结构支架(12)上设有阶梯,便于试验人员到达钢内筒底部。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的测量地下车站底板浮力的模拟试验装置的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:1)在试验场地施工钢筋混凝土试验池(1);2)待钢筋混凝土试验池的混凝土强度达到设计强度后,采用分层压实的方法填埋试验池内的粘土层(2);3)待粘土层(2)填埋至设计标高后,在试验池内制作钢内筒底部的第一盲沟(4),且在该盲沟底部布置第一水位管(13)和带阀门的第一排水管(14);4)在第一盲沟(4)顶面设置钢丝网片(7),并在准确定位的钢丝网片上安装钢内筒(5);5)所述钢内筒(5)安装完成后,在钢内筒(5)与钢筋混凝土试验池(1)之间继续装填土粘土层(2),并在钢内筒(5)外侧相应的设计位置处设置环向的第二盲沟(6),并在第二盲沟(6)底部布置第二水位管(15)和带阀门的第二排水管(16);6)继续装填土粘土层(2),并在粘土层(2)上方装填砂土层(3)和卵石层(18);7)钢筋混凝土试验池(1)填土达到设计标高后,在钢内筒(5)内壁上安装底板连接组件(8)和浮力测试底板(9),并在浮力测试底板(9)底部安装若干位移传感器(11),顶部安装若干压力传感器(10);8)吊装钢内筒中的钢结构支架(12),将其顶部和底部分别与顶部支撑结构和压力传感器(10)连接。
6.根据权利要求5所述的测量地下车站底板浮力的模拟试验装置的施工方法,其特征在于,所述压力传感器(10)和位移传感器(11)安装完毕后,将各传感器的电缆线连接到钢筋混凝土试验池(1)外部相应的数据采集箱中。
7.一种根据权利要求1-4任一项所述的测量地下车站底板浮力的模拟试验装置的试验方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:将现场取回的岩土体参照现场地质情况回填至第一盲沟(4)底部;S2:往钢筋混凝土试验池(1)中逐级注水,根据第一水位管(13)的稳定读数获取各压力水头 ,并按照式(1)计算不同压力水头下底部水压力值: 式(1)式(1)中, F 为不同压力水头下底部水压力值, 为水的重度, 为压力水头, A 为浮力测试底板面积;S3:记录不同压力水头下压力传感器(10)的读数 N ,通过式(2)分别求得不同压力水头下浮力测试底板(9)与钢内筒(5)侧壁之间的摩擦力 f ,并绘制不同压力水头下底部水压力值 F 1 与摩擦力 f 的关系曲线; 式(2)式(2)中, F 1 为不同压力水头下底部水压力值, G 为浮力测试底板(9)的重量, N 为不同压力水头下压力传感器(10)的读数;S4:排净钢筋混凝土试验池(1)中的水,将现场取回的岩土参照现场地质情况继续回填至钢筋混凝土试验池(1)要求标高并压实;S5:往卵石层(18)中注水并保持满水状态;S6:待压力传感器(10)与位移传感器(11)读数稳定,即岩土体达到饱和时,根据步骤S3求得满水头工况下摩擦力 f ,记录此时压力传感器(10)的读数 N ,按照式(3)求得浮力测试底板(9)在满水头工况下所受浮力 F 2 ; 式(3)式(3)中, F 2 为浮力测试底板所受浮力, f 不同压力水头下浮力测试底板与钢内筒侧壁之间的摩擦力, G 为浮力测试底板的重量, N 为不同压力水头下压力传感器的读数;S7:注水保持卵石层(18)满水状态不变,根据情况选择打开第一盲沟(4)和/或第二盲沟(6)的排水管阀门进行泄水;记录两个盲沟单独泄水和联合泄水各工况下泄水时间与泄水量,按照步骤S6继续求得浮力测试底板(9)在各工况各压力水头下所受浮力 F 2 。