全方位模拟隧道开挖过程的模型制造技术

技术编号:14774032 阅读:66 留言:0更新日期:2017-03-09 11:49
本发明专利技术涉及一种全方位模拟隧道开挖过程的模型,从上到下依次包括降雨模拟箱、模拟箱、储水箱;模拟箱两端分别连接水头控制箱,所述的模拟箱内部,两端分别为缓冲稳定区,中间模拟区内还安装有模拟隧道;模拟隧道模拟隧道的施工过程,模拟箱模拟施工过程中的外部环境。本发明专利技术提供的全方位模拟隧道开挖过程的模型,能够完全模拟隧道的开挖过程;随着开挖过程模拟隧道的支护衬砌过程;根据施工中的实际情况灵活改变模型以适应不同的模拟条件,如不同的地形,岩性,边界条件等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全方位模拟隧道开挖过程的模型,特别用于解决隧道开挖中的涌水量预测与外水压力预测模拟的问题。
技术介绍
隧道工程在以前的隧道模型中,一般都用于验证隧道的围岩稳定性,且都主要运用古典压力理论、散体压力理论、及现在广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论。很少通过实际的现场模型去验证隧道的压力、涌水量或者涌水方式等数据。目前,隧道验证的方法主要有三类:理论分析法、实验分析法、数值模拟法。理论分析法,即使用相应的围岩条件进行分析。实验分析法又分为现场实验和室内模拟两种。其中现场实验法由于受现场工程因素影响较大,而且实验周期长、工作量大而准确性较低,加之现场实验费用高等原因,在隧道分析中应用较少,但原始数据收集等基础性工作必须以现场实验为基础,为模型的建立提供相应的基础数据支持。随着数值计算方法的发展日趋成熟,如有限单元法、边界元法、散元法等,以此为基础的计算软件大量涌现,如ADINA,NoLM,FINAL,uDEc,sAP,FLAC等程序都为广大用户所熟知,这些软件和一些支护理论相结合在隧道工程中得到广泛的应用。数值模拟研究是在计算机及试验勘探技术不断发展的基础上诞生的,经过一系列发展过程,数值模拟可以对复杂岩体工程问题进行定量分析。实际上运用数值计算及物理模型解决岩土工程问题已经为工程实践所证实,成为工程设计主要依据。目前,我国在隧道建设中普遍采用了新奥法,而新奥法施工过程中最关键的是位移与应力监测。开挖后地应力释放,岩层、围岩及其土层的蠕变,不仅会产生较大的位移,还会在隧道结构中产生较大的应力,甚至产生塌方等更为严重的事故;其次是力学建摸、计算分析,对隧道实行信息化施工监测监控和稳定性评估。为保证隧道施工中的安全和质量,以及运营中的安全性、可靠性、耐久性、行车舒适性等,所以对隧道的全方位研究,已成为隧道建设不可缺少的重要环节。但是在现有的隧道模型中,都只能简单的模拟隧道的开挖之前或者是隧道开挖结束之后的工况,而不能模拟隧道施工过程中的出现的问题。或者只能模拟单变量的问题。在此情况下,我们加深了对隧道模型的研究,并专利技术了可全方位模拟隧道开挖建设过程的模型,可以为施工提供全面的数据支持。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术的目的是提供一种全方位模拟隧道开挖过程的模型,重点模拟隧道开挖过程中的地下水流场变化情况与隧道涌水量,能够完全模拟隧道开挖过程中出现的问题,能够根据施工进程模拟施工过程中会出现的问题,特别是关于隧道涌水量预测与外水压力预测模拟方面。本专利技术的目的是这样来实现的:全方位模拟隧道开挖过程的模型,从上到下依次包括降雨模拟箱、模拟箱、储水箱;所述的降雨模拟箱通过第二水管与水泵连接;第二水管上安装有第二阀门;降雨模拟箱底部为带孔底板,带孔底板向下渗漏,形成模拟降雨;降雨模拟箱里面安装有水头控制装置;所述的模拟箱底部为隔水底板,四周侧壁为透明材质,箱内填充有模拟含水层的填充物;模拟箱两端分别连接水头控制箱,分别为第一水头控制箱和第二水头控制箱;所述的水头控制箱分别通过水管与水泵连接,所述的水泵安装在储水箱内,水管上安装有第一阀门;所述的模拟箱内部,两端分别为缓冲稳定区,分别第一缓冲稳定区和第二缓冲稳定区;两端的缓冲稳定区与中间模拟区之间安装有带孔隔板;所述的中间模拟区有填充材料;模拟箱中间模拟区内还安装有模拟隧道;还包括测压管群组,测压管群组分为分为4行6列,排列于模拟箱之内;模拟箱内的填充材料中埋设传感器。所述的水头控制箱内分成两个部分,分别为实验需求水头箱与回水箱,实验需求水头箱与回水箱之间由固定高度的隔板隔开,水可以越过隔板从实验需求水头箱流向回水箱,所述的实验需求水头箱与水管连接,所述的回水箱通过导管与储水箱连接;所述的实验需求水头箱通过第二导管进入模拟箱;所述的水头控制箱通过升降调节装置安装在模拟箱的两端。所述的模拟隧道包括最外层的高透水性的网状结构管,网状结构管贯穿模型箱;网状结构管末端封死的不透水套管从网状结构管后端插入,不透水套管封死的末端代表隧道掌子面;网状结构管前端插入一系列不同渗透系数的套管组合,包括不透水的最内层的内管,模拟已经建好的不透水内衬砌,内管外套有中管,中管模拟不同透水性与孔隙度施工情况。模拟隧道即为一系列透水性能不等的导管组成,通过导管的抽出与推进模拟隧道的施工和支护衬砌过程。模拟隧道的最外层为高透水性网状套管,可用于支持模型箱内沙土、石子等模拟外部环境的填充物。中间为一系列不同渗透系数的套管,可模拟施工中的各种不同情况。内部为一不透水套管,并且末端封死,模拟未施工段,则另一边可模拟已建好的内衬砌。不透水套管的抽动,可模拟隧道的施工过程。模拟箱模拟施工过程中的外部环境,并且针对不同的工况可灵活调节,可模拟施工过程以及施工过程中出现的某种状况来预测以后的施工过程会出现的现象,为实际的施工提供施工数据、方案等。模拟箱可随施工隧道的地质环境建立相应的等比例缩小模型,模拟施工隧道的地质条件,并且可通过模拟降雨的情况,对施工隧道模拟。并且通过传感器监测工具与传统的测压管工具同时使用,可全方位监测施工过程中水压的重分布过程,为隧道的施工提供更全面的数据支持。本专利技术提供的全方位模拟隧道开挖过程的模型,其具有以下优点:1、能够完全模拟隧道的开挖过程;2、能够随着开挖过程模拟隧道的支护衬砌过程;3、能够根据施工中的实际情况灵活改变模型以适应不同的模拟条件,如不同的地形,岩性,边界条件等。附图说明图1是本专利技术的模型箱正面图;图2是本专利技术的模型箱侧视图;图3是本专利技术的模型箱背面图;图4是本专利技术的模型箱俯视图;图5是本专利技术的模拟隧道结构图。具体实施方案下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述如图1至图4所示,全方位模拟隧道开挖过程的模型,从上到下依次包括降雨模拟箱19、模拟箱2、储水箱4;所述的降雨模拟箱19通过第二水管21与水泵12连接;第二水管21上安装有第二阀门22;降雨模拟箱19底部为带孔底板20,带孔底板20向下渗漏,形成模拟降雨24;降雨模拟箱19里面安装有水头控制装置23;所述的模拟箱2底部为隔水底板5,四周侧壁3为透明材质,箱内填充有模拟含水层的填充物;模拟箱2两端分别连接水头控制箱,分别为第一水头控制箱9和第二水头控制箱17;所述的水头控制箱分别通过水管13与水泵12连接,所述的水泵12安装在储水箱4内,水管13上安装有第一阀门7;所述的模拟箱2内部,两端分别为缓冲稳定区,分别第一缓冲稳定区1和第二缓冲稳定区16;两端的缓冲稳定区与中间模拟区之间安装有带孔隔板28;所述的中间模拟区有填充材料26;模拟箱2中间模拟区内还安装有模拟隧道6;还包括测压管群组8,测压管群组8分为4行6列,排列于模拟箱2之内;模拟箱2内的填充材料26中埋设传感器。所述的水头控制箱内分成两个部分,分别为实验需求水头箱10与回水箱11,实验需求水头箱10与回水箱11之间由固定高度的隔板隔开,水可以越过隔板从实验需求水头箱10流向回水箱11,所述的实验需求水头箱10与水管13连接,所述的回水箱11通过导管15与储水箱4连接;所述的实验需求水头箱10通过第二导管14进入模拟箱2;所述的水头控制箱通过升降调节装置18安装在模拟箱2的两端。如图5所示,所述的模拟隧道6包括最外层的高透水性的本文档来自技高网
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全方位模拟隧道开挖过程的模型

【技术保护点】
全方位模拟隧道开挖过程的模型,其特征在于,从上到下依次包括降雨模拟箱(19)、模拟箱(2)、储水箱(4);所述的降雨模拟箱(19)通过第二水管(21)与水泵(12)连接;第二水管(21)上安装有第二阀门(22);降雨模拟箱(19)底部为带孔底板(20),带孔底板(20)向下渗漏,形成模拟降雨(24);降雨模拟箱(19)里面安装有水头控制装置(23);所述的模拟箱(2)底部为隔水底板(5),四周侧壁(3)为透明材质,箱内填充有模拟含水层的填充物;模拟箱(2)两端分别连接水头控制箱,分别为第一水头控制箱(9)和第二水头控制箱(17);所述的水头控制箱分别通过水管(13)与水泵(12)连接,所述的水泵(12)安装在储水箱(4)内,水管(13)上安装有第一阀门(7);所述的模拟箱(2)内部,两端分别为缓冲稳定区,分别第一缓冲稳定区(1)和第二缓冲稳定区(16);两端的缓冲稳定区与中间模拟区之间安装有带孔隔板(28);所述的中间模拟区有填充材料(26);模拟箱(2)中间模拟区内还安装有模拟隧道(6);还包括测压管群组(8),测压管群组(8)排列于模拟箱(2)之内;模拟箱(2)内的填充材料(26)中埋设传感器。...

【技术特征摘要】
1.全方位模拟隧道开挖过程的模型,其特征在于,从上到下依次包括降雨模拟箱(19)、模拟箱(2)、储水箱(4);所述的降雨模拟箱(19)通过第二水管(21)与水泵(12)连接;第二水管(21)上安装有第二阀门(22);降雨模拟箱(19)底部为带孔底板(20),带孔底板(20)向下渗漏,形成模拟降雨(24);降雨模拟箱(19)里面安装有水头控制装置(23);所述的模拟箱(2)底部为隔水底板(5),四周侧壁(3)为透明材质,箱内填充有模拟含水层的填充物;模拟箱(2)两端分别连接水头控制箱,分别为第一水头控制箱(9)和第二水头控制箱(17);所述的水头控制箱分别通过水管(13)与水泵(12)连接,所述的水泵(12)安装在储水箱(4)内,水管(13)上安装有第一阀门(7);所述的模拟箱(2)内部,两端分别为缓冲稳定区,分别第一缓冲稳定区(1)和第二缓冲稳定区(16);两端的缓冲稳定区与中间模拟区之间安装有带孔隔板(28);所述的中间模拟区有填充材料(26);模拟箱(2)中间模拟区内还安装有模拟隧道(6);还包括测压管群组(8),测压管群组(8)排列于模拟箱(2)之内;模拟箱(2)内的填充材料(2...

【专利技术属性】
技术研发人员:张强秦榛李太双韦澧配刘亚飞
申请(专利权)人:成都理工大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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