1.一种模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置,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),钢筋混凝土试验池(1)内中部竖向设有钢内筒(13),所述钢内筒(13)底部设于粘土层(2)中;所述钢筋混凝土试验池(1)的土体中,竖向间隔设置若干传感器布置平面,每个传感器布置平面中布置有若干渗压计(7)和土压力计(8);各传感器布置平面内,设有对应的水位管(11);所述钢内筒(13)下方设有第一盲沟(5),第一盲沟(5)顶面设有钢丝网片(14),钢内筒(13)底部边缘与钢丝网片(14)固定;所述钢内筒(13)外侧设有第二盲沟(6);所述第一盲沟(5)和第二盲沟(6)均通过对应的排水管和盲沟水位管与所述钢筋混凝土试验池(1)外部连通;所述钢内筒(13)底部通过底板连接组件(15)与浮力测试底板(16)连接,两者连接处密封,且浮力测试底板(16)可于底板连接组件(15)内竖向限位移动;所述钢内筒(13)底部内侧竖向间隔设有第一钢板条(151)和第二钢板条(152),所述第一钢板条(151)和第二钢板条(152)内侧设有钢环(153),所述浮力测试底板(16)固定设于钢环(153)之间;所述钢环(153)的环向槽内固定有限位销(154),且其一端位于第一钢板条(151)和第二钢板条(152)之间;所述钢环(153)底面和第一钢板条(151)底面设有柔性止水条(155),并通过螺栓组件将该柔性止水条(155)与两者连接;同时所述钢环(153)与第二钢板条(152)顶面设有柔性止水条(155),并通过螺栓组件将该柔性止水条(155)与两者连接;所述浮力测试底板(16)上设有若干压力传感器(17)和位移传感器(18),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(13)内竖向设置的钢结构支架(19)底部与所述压力传感器(17)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所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置,其特征在于,每个传感器布置平面中设有若干渗压计测线和土压力计测线,所述渗压计测线和土压力计测线从试验池中心向边缘延伸,所述渗压计测线和土压力计测线上分别布置有若干渗压计(7)和土压力计(8)。
3.根据权利要求1所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置,其特征在于,各水位管(11)与钢筋混凝土试验池(1)外壁上对应的水位标识牌(12)连通,同时与所述第一盲沟和第二盲沟连接的盲沟水位管,另一端与钢筋混凝土试验池(1)外壁上对应的水位标识牌(12)连通,以通过读数直观读出对应的水位。
4.根据权利要求1所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置,其特征在于,所述水位管(11)与渗压计(7)和设于保护管中,保护管上设有若干小孔,渗压计和水位管端部通过土工布包裹,放置于保护管中,并采用砂石填满,同时保护管外部包裹有土工布。
5.根据权利要求4所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置,其特征在于,所述水位管(11)与其中一个渗压计测线重合,所述水位管(11)和该测线的渗压计设于同一保护管中;只布置渗压计(7)的测线,所述渗压计设于单独的保护管中。
6.根据权利要求1-5任一项所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:在试验场地施工钢筋混凝土试验池(1);基于地铁车站所处地层信息,将现场开挖的土体取回分层回填至钢筋混凝土试验池(1);待粘土层(2)填埋至设计标高后,在钢筋混凝土试验池(1)内制作钢内筒底部的第一盲沟(5),且在该盲沟底部布置第一盲沟水位管(21)和带阀门的第一排水管(9);在第一盲沟(5)顶面设置钢丝网片(14),钢丝网片(14)作为钢内筒的安装底座,在准确定位的钢丝网片上安装钢内筒(13);在钢内筒(13)与钢筋混凝土试验池(1)池壁之间继续装土,填土达到设计位置处,在钢内筒筒壁侧面布置第二盲沟(6),并在第二盲沟(6)底部布置第二盲沟水位管(22)和带阀门的第二排水管(10);与上述步骤同步地,填土过程中,在相应的设计位置处安装渗压计(7)、土压力计(8)以及水位管(11);继续装填粘土层(2),并在粘土层(2)上方装填砂土层(3)和卵石层(4);钢筋混凝土试验池(1)填土达到设计标高后,在钢内筒(13)内壁上安装底板连接组件(15)和浮力测试底板(16),并在浮力测试底板(16)上安装若干压力传感器(17)和位移传感器(18);吊装钢内筒中的钢结构支架(19),将其顶部和底部分别与顶部支撑结构和压力传感器(17)连接。
7.根据权利要求1-5任一项所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置的测试方法,其特征在于,包括不同地层水压力测试方法,具体包括如下步骤:先对钢筋混凝土试验池(1)内土体进行饱和;待水位管测试的水位变化与渗压计测试的水位基本相同,记录各测点水位管初始水位H0与渗压计初始读数M0,打开第一盲沟和/或第二盲沟处排水管阀门,每隔一定时间记录盲沟排水量Q、各测点水位管水位H与渗压计读数M,依此对盲沟泄水过程中,不同地层各个测点的总水头、压力水头和盲沟的流量和流速进行分析。
8.根据权利要求7所述的模拟测量地下车站不同地层水力作用的装置的测试方法,其特征在于,还包括底板浮力测试方法,具体包括如下步骤: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底部;S2:往钢筋混凝土试验池中逐级注水,根据第一盲沟水位管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与钢内筒侧壁之间的摩擦力 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 为浮力测试底板的重量, N 为不同压力水头下压力传感器的读数;S4:排净钢筋混凝土试验池中的水,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要求标高并压实;S5:往卵石层中注水并保持满水状态;S6:待压力传感器与位移传感器读数稳定,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的读数 N ,按照式(3)求得浮力测试底板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:注水保持卵石层满水状态不变,根据情况选择打开第一盲沟和/或第二盲沟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在各工况各压力水头下所受浮力 F 2 。