模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种模拟降雨地震作用下隧道‑边坡体系的试验装置，其特征是，包括人工降雨试验系统、地下水系统、均匀气囊加载系统、模型试验箱、地震作用台和试验监测系统；所述均匀气囊加载系统的底部放置试验对象，通过均匀气囊加载系统给试验对象施加荷载；所述试验对象位于模型试验箱内；所述人工降雨试验系统用于模拟降雨，出水端位于均匀气囊加载系统上；所述地震作用台位于模拟试验箱的底部。本实用新型专利技术所达到的有益效果：通过该装置的模型试验，可以揭示隧道‑边坡体系在降雨、地下水渗流、地震等作用下及其耦合作用下的失稳机理，为隧道的建设、边坡的防灾减灾、监理、预测提供有效的依据。

Experimental device of tunnel-slope system under simulated rainfall earthquake

The utility model discloses a test device for tunnel slope system under simulated rainfall earthquake, which is characterized by artificial rainfall test system, groundwater system, uniform airbag loading system, model test box, seismic action platform and test monitoring system; the test object is placed at the bottom of the uniform airbag loading system, and is given to the test pair through uniform airbag loading system. The test object is located in the model test box, the artificial rainfall test system is used to simulate rainfall, the outlet is located on the uniform air bag loading system, and the seismic action platform is located at the bottom of the simulation test box. The beneficial effect of the utility model is that through the model test of the device, the instability mechanism of the tunnel slope system under the action of rainfall, groundwater seepage, earthquake and its coupling action can be revealed, which provides an effective basis for the construction of the tunnel, disaster prevention and reduction, supervision and prediction of the slope.

【技术实现步骤摘要】
模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置
本技术涉及一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，属于隧道-边坡体系工程地质灾害模型试验

技术介绍
当前在我国迎来了新一轮大规模工程建设的高峰期，越来越多的能源、矿山、交通、水利和国防土建工程建造在中西部山区。但是在山区修建高速公路、高速铁路时，不可避免地要在山体内开挖隧道，而隧道进出口段是工程地质最薄弱的地方。由于隧道开挖扰动坡体，破坏了斜坡体的应力平衡状态，降低了边坡的稳定性，诱发滑坡产生；反过来，滑坡体的推力又作用于隧道结构上，致使隧道结构发生破坏。不管是隧道施工期还是营运期，滑坡会造成隧道结构严重开裂、变形，严重时使隧道结构丧失承载力，危害及其严重。例如：陕西省某高速公路刘坡1号隧道在建设的过程中，由于隧道掘进诱发了古滑坡体的滑动，导致了隧道已建部分衬砌结构发生了严重变形：拱顶开裂、拱脚错位。通过地质勘查和对深部位移的监测，查明隧道纵向正好与滑坡滑动方向相交，因此此隧道变形是古滑坡体滑动引起的。并且这些地区往往又处于板块交界处，地壳活动剧烈，是地震的频发地段，这给隧道工程顺利建设和正常运营造成了严重威胁。例如：我国的发生的四川汶川地震、青海昆仑山地震。由于地震的作用引起边坡的滑动，造成了隧道结构的破坏。而且近几年由于全球气候变暖，大雨、暴雨、特大暴雨情况急剧增多，这样又给建在边坡中的隧道大大增加了发生灾害的概率。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，用于综合分析多种因素对隧道-边坡体系稳定性和安全性的影响，为隧道的建设、边坡的防灾减灾、监理、预测提供有效的依据。为了实现上述目标，本技术采用如下的技术方案：一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，包括人工降雨试验系统（1）、地下水系统、均匀气囊加载系统（3）、模型试验箱（5）、地震作用台（6）和试验监测系统（45）；所述均匀气囊加载系统（3）的底部放置试验对象（31）；所述均匀气囊加载系统（3）用于给试验对象（31）施加荷载；所述试验对象（31）位于模型试验箱内；所述人工降雨试验系统（1）用于模拟降雨，出水端位于均匀气囊加载系统（3）上；所述地震作用台（6）位于模拟试验箱（5）的底部，用于模拟地震；所述试验监测系统（45）用于控制模拟装置的运行并检测数据；所述地下水系统包括位于模型箱一侧的地下水供给系统（4）、位于模型箱底部的地下水排出系统（3）和位于模型箱里的地下水渗流系统（23）。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述人工降雨试验系统（1）包括电子控制总阀（13）、储水箱（14）、进水管（15）、总水管（16）、压力泵送器（17）、流量总表（18）、分流装置（19）、电子控制分阀（20）、分流水表（21）、分流水管（22）和旋转降雨喷头（48）；所述储水箱（14）通过进水管（15）与压力泵送器（17）相连；所述总水管(16)与压力泵送器（17）连接，流量总表（18）连接在总水管（16）上；所述分流装置（19）与总水管（16）相连，且通过分流装置（19）将水路分为多路，每条水路均设置有一个分流水管（22）；所述分流水管（22）上设置有分流水表（21）和电子控制分阀（20）；所述分流水管（22）的出水端设置有降雨管（24）；所述降雨管（24）与旋转降雨喷头（48）相连，形成降雨系统；所述电子控制总阀（13）设置在储水箱（14）上，用于控制每个降雨喷头（48）的开闭，实时控制降雨的强度和时长。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述均匀气囊加载系统（2）包括反力桁架（25）、支撑板（26）、气囊（27）、气压显示器（28）和进气阀（30）；所述反力桁架（25）位于支撑板（26）的顶部；所述气囊（27）安置在试验对象的顶面和反力支撑板（26）之间；所述进气阀（30）将压缩空气通入压缩进口（32）进入气囊（27）；所述气囊（27）通过充气膨胀对试验对象施加荷载，荷载大小通过连接于气囊（27）的管道上的气压显示器（28）进行测量；所述气囊（27）的管道上还设置有排气阀（29）。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述均匀气囊加载系统（2）中的气囊（27）设置有多个，每个分块气囊（33）独立均匀加载。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述试验监测系统包括高速数字照相非接触量测系统（7）、智能手机APP（10）、智能传感器件（12）和中央处理器（11）构成；所述高速数字照相非接触量测系统（7）用于捕捉模拟材料所构成的边坡体蠕动的过程以及在边坡体滑动中引起隧道的开裂、变形的过程，通过对比两张不同时刻的照片来分析和比较照片中的同一个物体在不同时刻的位置，找出滑坡体的运动轨迹，并在中央处理器上形成动态的变化曲线；所述智能传感器件（12）通过无线网（46）将隧道-边坡体系中每一个时刻的边坡体的应力场、位移场变化、隧道监测部位的应力场、位移场变化传送到中央处理器（11），形成动态的变化曲线。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，还包括远程无线遥控系统（8）、视频监控系统（45）和语音遥控系统（9）；所述远程无线遥控系统（8）在视频监控系统（45）作用下将采集到的视频通过无线网（46）发送到服务器后通过中央处理器（11）和终端获取监测信息，通过手机APP（10）实现时时监控、查看，并通过所述语音遥控系统（9）调节控制。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述模型箱（5）位于均匀气囊加载系统（2）的下部，模型箱（5）的下部连接有转拓装置（34）；所述转拓装置（34）由若干个支杆（35）构成，每个支杆（35）均单独伸长缩短，并带有独立锁死装置；所有所述支杆（35）背离模型箱的一端均相连接，形成中心轴（36），支杆（35）由中心轴（36）带动旋转；所述模型箱的四面均采用超级玻璃（37）；四面所述超级玻璃（37）（http://www.techweb.com.cn/it/2016-02-18/2279644.shtml）通过固定螺栓和固定框架（41）中的卷帘中心轴（40）连接；每个所述固定框架（41）由两个小框架连接，两个小框架之间设置有可伸缩装置（42）；每个所述固定框架（41）里均设置有卷帘中心轴（40）；所述超级玻璃（37）沿着任意方向发生升降或收缩；当信号收集器（38）接收到中央处理器的命令后，超级玻璃在电动机（39）的带动下，沿着卷帘中心轴（40）发生升降、收缩行为；所述模型箱（5）的底部设置有能自动调节的滑槽，用于超级玻璃（37）构成的模型试验箱（5）根据边坡体的形状大小来调整箱体大小，然后利用滑槽锁（43）来固定模型箱（5）的位置；根据隧道设计的进出口方向，在相应的超级玻璃（37）的前方处设置有隧道开挖装置（44）；所述隧道开挖装置（44）的下部设置有升降装置，用于根据隧道所处边坡体的位置进行高度调整，模拟隧道的开挖位置对边坡稳定性的影响。前述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述模型试验箱（5）的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟降雨地震作用下隧道‑边坡体系的试验装置，其特征是，包括人工降雨试验系统(1)、地下水系统、均匀气囊加载系统(2)、模型试验箱(5)、地震作用台(6)和试验监测系统(45)；所述均匀气囊加载系统(2)的底部放置试验对象(31)；所述均匀气囊加载系统(2)用于给试验对象(31)施加荷载；所述试验对象(31)位于模型试验箱内；所述人工降雨试验系统(1)用于模拟降雨，出水端位于均匀气囊加载系统(2)上；所述地震作用台(6)位于模型试验箱(5)的底部，用于模拟地震；所述试验监测系统(45)用于控制模拟装置的运行并检测数据；所述地下水系统包括位于模型箱一侧的地下水供给系统(4)、位于模型箱底部的地下水排出系统(3)和位于模型箱里的地下水渗流系统(23)。

【技术特征摘要】
1.一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，包括人工降雨试验系统(1)、地下水系统、均匀气囊加载系统(2)、模型试验箱(5)、地震作用台(6)和试验监测系统(45)；所述均匀气囊加载系统(2)的底部放置试验对象(31)；所述均匀气囊加载系统(2)用于给试验对象(31)施加荷载；所述试验对象(31)位于模型试验箱内；所述人工降雨试验系统(1)用于模拟降雨，出水端位于均匀气囊加载系统(2)上；所述地震作用台(6)位于模型试验箱(5)的底部，用于模拟地震；所述试验监测系统(45)用于控制模拟装置的运行并检测数据；所述地下水系统包括位于模型箱一侧的地下水供给系统(4)、位于模型箱底部的地下水排出系统(3)和位于模型箱里的地下水渗流系统(23)。2.根据权利要求1所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述人工降雨试验系统(1)包括电子控制总阀(13)、储水箱(14)、进水管(15)、总水管(16)、压力泵送器(17)、流量总表(18)、分流装置(19)、电子控制分阀(20)、分流水表(21)、分流水管(22)和旋转降雨喷头(48)；所述储水箱(14)通过进水管(15)与压力泵送器(17)相连；所述总水管(16)与压力泵送器(17)连接，流量总表(18)连接在总水管(16)上；所述分流装置(19)与总水管(16)相连，且通过分流装置(19)将水路分为多路，每条水路均设置有一个分流水管(22)；所述分流水管(22)上设置有分流水表(21)和电子控制分阀(20)；所述分流水管(22)的出水端设置有降雨管(24)；所述降雨管(24)与旋转降雨喷头(48)相连，形成降雨系统；所述电子控制总阀(13)设置在储水箱(14)上，用于控制每个降雨喷头(48)的开闭，实时控制降雨的强度和时长。3.根据权利要求1所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述均匀气囊加载系统(2)包括反力桁架(25)、支撑板(26)、气囊(27)、气压显示器(28)和进气阀(30)；所述反力桁架(25)位于支撑板(26)的顶部；所述气囊(27)安置在试验对象的顶面和反力支撑板(26)之间；所述进气阀(30)将压缩空气通入压缩进口(32)进入气囊(27)；所述气囊(27)通过充气膨胀对试验对象施加荷载，荷载大小通过连接于气囊(27)的管道上的气压显示器(28)进行测量；所述气囊(27)的管道上还设置有排气阀(29)。4.根据权利要求3所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述均匀气囊加载系统(2)中的气囊(27)设置有多个，每个分块气囊(33)独立均匀加载。5.根据权利要求1所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述试验监测系统包括高速数字照相非接触量测系统(7)、智能手机APP(10)、智能传感器件(12)和中央处理器(11)构成；所述高速数字照相非接触量测系统(7)用于捕捉模拟材料所构成的边坡体蠕动的过程以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦庆磊，李朝阳，王月明，王迎超，杨圣奇，靖洪文，孟波，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32