【技术实现步骤摘要】
一种模拟隧道开挖过程的模型试验装置
本专利技术属于地下工程试验
,可以模拟地铁隧道开挖过程中围岩压力及地层变形规律,为隧道开挖过程中围岩压力变化及地层变形机理提供科学的认识,为隧道设计与施工方案的优化提供理论依据。
技术介绍
随着经济社会的发展和进步,城市轨道交通也得到迅速发展,尤以城市地铁最为显著。而城市地铁大都跨越建筑物密集、人口集中的城区,施工过程中的地层变形对既有建筑物或构筑物的安全以及人们正常的生产生活有着不可避免的影响。且随着科学技术和经济的发展,地铁隧道工程的建设将呈现井喷式发展,对施工安全与隧道结构设计亦会提出更高的标准与要求,使设计与施工更先进化和经济化;而针对隧道开挖过程中围岩压力变化的规律性研究无疑能从机理上更科学的认识和解释隧道力学原理,从而为实际地铁工程建设提供更科学合理的指导,适应时代的要求。现有的关于隧道开挖过程模拟的模型试验研究大都为以岩石介质为主山岭隧道。部分关于城市地铁隧道的模型试验研究也往往是针对实际地铁工程进行的,一方面所进行的模型试验对工程中规律性的问题提炼不够;另一方面没有采用同一试验研究平台对不同地质不同埋深条件下的地铁隧道开挖过程进行系统研究,且大都关注于隧道围岩的破坏模式和破坏机理研究,对试验过程中的地层变形关注度亦不够。本专利技术研制一整套模拟隧道开挖过程的模型试验平台,包括模型箱、隧道开挖模拟系统、隧道结构模拟系统以及气囊加载系统。能够实现对均匀地层中不同埋深条件下隧道开挖过程中围岩压力的变化规律与地层变形机理进行模拟研究。
技术实现思路
本专利技术方法利用自主研发的能够模拟均匀地层地铁隧道开挖过程中 ...
【技术保护点】
一种模拟隧道开挖过程的模型试验装置,其特征在于;包括模型箱与地层系统、隧道结构模拟系统、隧道开挖模拟系统、地层变形测量系统、地表沉降测量系统、土压力监测系统、气囊加载系统;模型箱与地层系统,包括模型箱框架(1)、亚克力板(2)、隧道孔洞(14)、砂土(15);亚克力板(2)设置在模型箱框架(1)正面板的中心为长方形,且亚克力板(2)中心开洞;模型箱框架(1)与亚克力板(2)通过螺栓连接形成试验模型箱;隧道开挖模拟系统,包括水囊(4)、针阀、通水胶管、密封带、量筒、压力水泵;水囊排水口(3)通过法兰连接对丝、对丝与针阀连接以控制出水体积;通水胶管两端分别与压力水泵、针阀连接;地层变形测量系统,也即非接触式应变位移测量分析系统:包括CCD摄相机、图像采集卡、控制计算机;通过拍摄变形前后模型观测面的散斑场,然后进行相关运算得到变形信息;模型观测面即为亚克力板所在面;地表沉降测量系统,包括百分表,磁性表座;土压力监测系统,包括微型土压力计,导线,静态数据采集仪;微型土压力计按试验设计位置分别监测洞室拱顶与拱腰位置的竖向土压力与侧压力;气囊加载系统,包括橡胶气囊(11),通气胶管,精密减压阀,空 ...
【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道开挖过程的模型试验装置,其特征在于:包括模型箱与地层系统、隧道结构模拟系统、隧道开挖模拟系统、地层变形测量系统、土压力监测系统以及地表沉降测量系统;模型箱与地层系统,包括模型箱框架(1)、亚克力板(2)、隧道孔洞(14)、砂土(15);亚克力板(2)设置在模型箱框架(1)正面板的中心为长方形,且亚克力板(2)中心开洞;模型箱框架(1)与亚克力板(2)通过螺栓连接形成试验模型箱;隧道开挖模拟系统,包括水囊(4)、针阀、通水胶管、密封带、量筒、压力水泵;水囊排水口(3)通过法兰连接对丝、对丝与针阀连接以控制出水体积;通水胶管两端分别与压力水泵、针阀连接;地层变形测量系统,也即非接触式应变位移测量分析系统:包括CCD摄相机、图像采集卡、控制计算机;通过拍摄变形前后模型观测面的散斑场,然后进行相关运算得到变形信息;模型观测面即为亚克力板所在面;地表沉降测量系统,包括百分表,磁性表座;磁性表座固定于模型箱内壁,百分表则固定在磁性表座上;土压力监测系统,包括微型土压力计,导线,静态数据采集仪;微型土压力计按试验设计位置分别监测洞室拱顶与拱腰位置的竖向土压力与侧压力;其中,模型箱框架在立面四周均采用槽钢与角钢进行加固,经过加固后模型箱框架在最大设计竖向荷载0.2MPa下的侧向变形通过百分表量测不超过0.02mm;隧道结构模拟系统采用厚度1mm的镀锌铁薄壁圆筒;地层变形测量系统采用非接触式应变位移测量分析系统,其精度达10μm以上,最高采集频率117HZ;隧道开挖模拟系统采用外径与隧道洞径相同的圆柱形水囊,水囊采用PVC材料制作;砂土(15)分10层填入模型箱并夯实,隧道孔洞(14)洞底以下每层20cm,隧道孔洞(14)洞底以上每层10cm,每层表面撒一层石英砂作为标志层(13)以控制土体夯实密度以及便于地层变形量测;模型箱框架(1)均采用U型槽钢(8)加固;为方便模型夯筑与土压力监测系统的植入,模型框架(1)后视挡板采用可拆卸式拼装钢板,利用角钢支撑(9)与螺栓连接其拆卸分界线(10);在模型箱内壁贴有一层光面自粘墙纸,并涂上一层润滑油脂;水囊内置于镀锌铁薄壁圆筒内。2.一种模拟隧道开挖过程的模型试验装置,其特征在于:包括模型箱与地层系统、隧道结构模拟系统、隧道开挖模拟系统、地层变形测量系统、土压力监测系统以及气囊加载系统;模型箱与地层系统,包括模型箱框架(1)、亚克...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵旭,潘志刚,路德春,张佩,杜修力,孔凡超,张喻捷,罗磊,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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