1.本发明属于基坑人字形支护结构技术领域，更具体涉及一种基坑人字形支护结构模型试验装置，它适用于基坑人字形支护结构物理模型试验，研究人字形支护结构的作用机理。
背景技术：
2.近年来，随着社会和经济的高速发展以及人口剧增，城市变的越来越拥挤。为了解决土地资源紧缺、交通拥挤等难题，在有限的空间中满足人们对宽敞、舒适的生活空间的追求，城市建设逐步向立体化方向发展，高层、超高层建筑、城市轨道交通工程、地下商场、停车场等地下工程迅速增多，导致大量的深大基坑工程出现。针对不同的基坑工程类型，有多种不同类型的支护形式，比如排桩式支护结构、地下连续墙支护结构等等。
3.为了适应建设环境复杂、开挖面积和深度大的基坑工程的设计和施工，众多学者研发了多种新型基坑支护形式。其中现有技术中授权公布号为 cn209741859u的中国专利文件公开了一种人字形基坑支护结构。这种结构简单、紧凑，整体性强，可靠性高，自稳性好、占用空间很小，主要用于开挖面积大的深基坑工程中，为基坑内作业提供了充足的空间，同时装配式构件也便于安装和拆卸，降低了施工成本。但是，目前并未有针对人字形支护结构作用机理研究的模型试验装置。
技术实现要素：
4.针对以上人字形支护结构模型试验装置的缺失，本发明的目的是在于提供了一种基坑人字形支护结构试验模型装置，这种模型装置可以根据要求选取不同材料、形状和尺寸的结构模型，组成不同斜桩倾角的人字形支护结构试验装置。装置选用材料简单常见，且易于加工，可重复使用，能够快速制作不同几何形式的人字形支护结构试验装置，完成基坑开挖支护模拟试验。
5.为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
6.一种基坑支护结构模型试验装置，包括直立桩、冠梁、腰梁、斜桩、连接键。其特征在于：直立桩垂直均匀分布成一排，冠梁和腰梁背侧均采用固定连接方式安装固定箍，冠梁和腰梁分别通过固定箍安装在直立桩顶部和腰部。斜桩以倾角θ分别均匀分布在直立桩一侧。斜桩桩顶通过连接键与腰梁连接，与直立桩构成基坑人字形支护结构模型试验装置。
7.可选地，所述的直立桩采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状可以是圆柱或者空心圆管制成，桩间距取2～2.5倍桩径。
8.可选地，所述的冠梁和腰梁采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状为矩形，其截面高度等于直立桩直径或者边长，其截面宽度等于自身截面高度的0.5～1倍。
9.可选地，所述的固定箍均采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜或铝等材料加工成圆环状结构。固定箍的闭口侧中心线位置通过焊接方式分别固定在冠梁和腰梁侧
面，固定箍和固定箍间距与直立桩间距一致，
10.作为本发明的进一步改进，所述固定箍开口侧预留圆孔，用于螺栓锁紧固定，可通过调整螺栓锁紧程度适应不同的粗细的直立桩。
11.可选地，所述的斜桩可采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状可以是圆柱、方柱、空心圆管或者方管制成。
12.作为本发明的进一步改进，所述斜桩包括第一斜桩和第二斜桩，所述第一斜桩和第二斜桩与直立桩之间的夹角分别为θ1和θ2，且θ1≤θ2，取值范围在 5
°
～45
°
。
13.可选地，所述的连接键采用不锈钢材料、铜或铝等材料加工制成。
14.作为本发明的进一步改进，所述的连接键采长度为l的金属板材料对称弯折而成，长度l约等于所述腰梁高加所述斜桩直径/边长的和的1.5倍，弯折后的夹角与斜桩倾角相同，等于θ。可以适应不同倾角斜桩和不同斜桩直径/边长的支护结构模型。
15.作为本发明的进一步改进，所述的连接键包括第一连接键和第二连接键。所述第一连接键51的夹角为θ1，取值范围在5
°
～45
°
。所述第二连接键52的夹角分别为θ2，取值范围在5
°
～45
°
，且θ1≤θ2。
16.所述的连接键一面用强力胶粘贴在腰梁上，另一面粘贴在所述斜桩桩顶位置，作为一个传力结构，连接直立桩、腰梁和斜桩，构成基坑人字形支护结构模型。
17.通过采用上述技术方案，主要解决了以下技术问题和难点：通过冠梁和腰梁上的固定箍将直立桩连接成整体结构，共同发挥基坑模型开挖过程中的挡土功能。通过调整冠梁和腰梁上固定箍的间距制作不同桩间距的直立桩模型。通过调整固定箍上的锁紧螺栓适应不同截面尺寸的直立桩。通过连接键将腰梁与斜桩连接成整体结构，形成一种基坑人字形支护结构模型试验装置。通过加工不同夹角的连接键，组成多种斜桩倾角的基坑支护模型，完成不同支护形式下的基坑模型试验。
18.在一个实例中，所述第一斜桩和第二斜桩与竖直方向的夹角相同，且与斜桩倾角相等，即θ1＝θ2＝θ，取值范围5～45
°
。
19.在一个实例中，所述第一斜桩和第二斜桩与竖直方向的夹角有不等，分别等于θ1和θ2，θ1＜θ2，取值范围5～45
°
。对应连接键的夹角分别等于θ1和θ2。
20.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
21.通过采用上述技术方案，可以根据要求选取不同材料、形状和尺寸的结构模型，组成不同斜桩倾角的人字形支护结构试验装置。装置选用材料简单常见，且易于加工，可重复使用，能够快速制作不同几何形式的人字形支护结构试验装置，完成基坑开挖支护模拟试验。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
23.图1a和图1b为一种单一倾角斜桩基坑人字形支护结构示意图；
24.图2为一种单一倾角斜桩基坑支护组件的爆炸示意图；
25.图3为图2中a处放大图；
26.图4为图1b中b处放大图；
27.图5a和图5b为两种倾角斜桩基坑人字形支护结构示意图；
28.图6为图5b中c处放大图；
29.其中：10－直立桩、20－冠梁、21－固定箍、22－螺孔、23－螺栓、30－腰梁、31－固定箍、32－螺孔、33－螺栓、40－斜桩、41－第一斜桩、42－第二斜桩、50－连接键、51－第一连接键、52－第二连接键
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
31.实施例1：
32.根据图1a、图1b、图2、图3、图4可知，一种基坑人字形支护结构试验模型装置，主要包括直立桩10、冠梁20、固定箍(21)、螺孔(22)、螺栓(23)、腰梁(30)、固定箍(31)、螺孔(32)、螺栓(33)、斜桩(40)、连接键(50)。其特征在于：直立桩10垂直均匀分布成一排，冠梁20和腰梁30背侧分别焊接固定箍21和固定箍31，冠梁20和腰梁30分别通过固定箍21和固定箍31安装在直立桩10顶部和腰部。斜桩40以倾角θ分别均匀分布在直立桩10一侧。斜桩40桩顶通过连接键50与腰梁30连接，与直立桩10构成基坑人字形支护结构模型试验装置。
33.可选地，所述的直立桩10采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状可以是圆柱或者空心圆管制成，桩间距取2～2.5倍桩径。
34.所述的冠梁20和腰梁30采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状为矩形，其截面高度等于直立桩直径或者边长，其截面宽度等于自身截面高度的0.5～1倍。
35.所述的固定箍21和固定箍31均采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜或铝等材料加工成圆环状结构。固定箍21和固定箍31的闭口侧中心线位置通过焊接方式分别固定在冠梁和腰梁侧面，固定箍和固定箍间距与直立桩间距一致。
36.所述固定箍21和固定箍31的开口侧分别预留圆孔22和圆孔32，用于螺栓 23和螺栓33的锁紧固定，可通过调整螺栓锁紧程度适应不同的粗细的直立桩 10。
37.所述的斜桩40，可采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状可以是圆柱、方柱、空心圆管或者方管制成。
38.所述的斜桩40均匀布置在相邻直立桩中间位置，与直立桩10之间的夹角分别为θ1和θ2，且θ1＝θ2＝θ，取值范围在5
°
～45
°
。
39.所述的连接键50采用不锈钢材料、铜或铝等材料加工制成。连接键50采长度为l的金属板材料对称弯折而成，长度l约等于所述腰梁高与所述斜桩直径/边长的和的1.5倍。
40.所述的连接键50的夹角等于斜桩倾角，即θ1＝θ2＝θ2，取值范围在5
°
～45
°
。可以适应不同倾角和不同直径或边长斜桩40的支护结构模型。
41.所述的连接键50一面用强力胶粘贴在腰梁30上，另一面粘贴在所述斜桩 40桩顶位置，作为一个传力结构，连接直立桩10、腰梁30和斜桩40，构成基坑人字形支护结构模型。
42.通过采用上述技术措施，固定箍21和固定箍31将直立桩10连接成整体结构，共同发挥基坑模型开挖过程中的挡土功能。通过调整固定箍21和固定箍31 的间距制作不同桩
间距的直立桩10模型。通过调整锁紧螺栓23和锁紧螺栓33 适应不同截面尺寸的直立桩10。通过连接键50将腰梁20与斜桩40连接成整体结构，形成一种基坑人字形支护结构模型试验装置。通过加工不同夹角的连接键50，组成多种倾角斜桩40的基坑支护模型，完成不同支护形式下的基坑模型试验。
43.实施例2：
44.根据图5a和图5b可知，一种基坑人字形支护结构试验模型装置，主要包括直立桩10、冠梁20、固定箍(21)、螺孔(22)、螺栓(23)、腰梁(30)、固定箍(31)、螺孔(32)、螺栓(33)、第一斜桩(41)、第二斜桩(42)、第一连接键(51)和第二连接键(52)。其特征在于：直立桩10垂直均匀分布成一排，冠梁20和腰梁30背侧分别焊接固定箍21和固定箍31，冠梁20和腰梁30分别通过固定箍21和固定箍31安装在直立桩10顶部和腰部。第一斜桩41的倾角为θ1，第二斜桩42的倾角为θ2，两者间隔分布在直立桩10一侧。连接键51 的夹角为θ1，连接键52的夹角为θ2。第一斜桩41和第二斜桩42的桩顶分别通过连接键51和连接键52与腰梁30连接，与直立桩10构成基坑人字形支护结构模型试验装置。
45.可选地，所述的直立桩10采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状可以是圆柱或者空心圆管制成，桩间距取2～2.5倍桩径。
46.所述的冠梁20和腰梁30采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状为矩形，其截面高度等于直立桩直径或者边长。
47.所述的固定箍21和固定箍31均采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜或铝等材料加工成圆环状结构。固定箍21和固定箍31的闭口侧中心线位置通过焊接方式分别固定在冠梁和腰梁侧面，固定箍和固定箍间距与直立桩间距一致，
48.所述固定箍21和固定箍31的开口侧分别预留圆孔22和圆孔32，用于螺栓 23和螺栓33的锁紧固定，可通过调整螺栓锁紧程度适应不同的粗细的直立桩 10。
49.所述的斜桩40包括斜桩41和斜桩42，可采用pvc材料、有机玻璃材料、不锈钢材料、铜、铝或钢筋混凝土等材料制成，截面形状可以是圆柱、方柱、空心圆管或者方管制成，斜桩41与直立桩10之间的夹角为θ1，斜桩42与直立桩10之间的夹角为θ2，θ1≤θ2，取值范围均为5
°
～45
°
。
50.所述的连接键50包括连接键51和连接键52，采用不锈钢材料、铜或铝等材料加工制成。连接键51和连接键52均采长度为l的金属板材料对称弯折而成，长度l约等于所述腰梁30高与所述斜桩40直径/边长的和的1.5倍，弯折后的夹角分别与斜桩41和斜桩42的倾角相同，分别等于θ1和θ2。可以适应不同倾角和不同直径/边长的斜桩40的支护结构模型。
51.所述的连接键51和连接键52的一面用强力胶粘贴在腰梁30上，另一面粘贴在所述斜桩41和斜桩42的桩顶位置，作为一个传力结构，连接直立桩10、腰梁30和斜桩41和斜桩42，构成基坑人字形支护结构模型。
52.通过采用上述技术措施，固定箍21和固定箍31将直立桩10连接成整体结构，共同发挥基坑模型开挖过程中的挡土功能。通过调整固定箍21和固定箍31 的间距制作不同桩间距的直立桩10模型。通过调整锁紧螺栓23和锁紧螺栓33 适应不同截面尺寸的直立桩10。通过连接键50将腰梁20与斜桩40连接成整体结构，形成一种基坑人字形支护结构模型试验装置。通过加工不同夹角的连接键51和连接键51，组成多种倾角斜桩40的基坑支护模型，完成不同支护形式下的基坑模型试验。
53.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。