降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置，模型箱内填入黏土形成从左侧至右侧向下的滑床，滑床内设有滑体，模拟箱中土体内部水平放置隧道衬砌模型，隧道衬砌模型内设有隧道开挖施工模拟装置，隧道衬砌模型分隔成若干段隧道，每段隧道内横向粘贴两个电阻应变片，每段隧道内绕有相等长度的电阻丝，电阻丝通过导线连接控制器，每段隧道内充有石蜡，位于隧道衬砌模型上、下土体中和滑体表面分别固定有百分表探头，百分表探头通过预埋铝合金细管及其内部的柔性钢丝细线连接百分表，模拟箱上端装有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括若干个位移计、进水阀门和出水阀门，每个位移计通过位移计支架固定在土体表面、土体内部以及隧道顶部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种公路隧道工程以及建筑工程中的滑坡灾害模型试验装置，具体涉及一种降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置。
技术介绍
随着地下隧道工程施工的广泛发展，越来越多的复杂工况及施工难题相继出现，随之而来的地质灾害问题也愈渐显著。尤其在我国中西部山区等地层破碎、地质条件复杂而且气候多变的地域，矿山、水利工程、交通线路等涉及隧道的开发项目不可避免地会引发滑坡灾害，另外多降雨气候条件更会加剧滑坡的形成，给工程的施工以及使用带来极大的威胁。因此有必要针对降雨条件下隧道穿越滑坡体的影响效应做更加深入的研究。国内外相关学者针对降雨条件下隧道穿越滑坡体影响效应的研究方法主要是理论分析法、数值模拟法以及现场监测法。理论分析法是利用弹性理论，通过假定对研究模型进行简化，但在一定程度上不能准确考虑隧道与滑坡体之间的复杂关系，并且计算量大；数值模拟方法一般需要借助大型商用软件，数值模型的建立较为复杂且计算耗时。此外，由于土工测试仪器设备的限制很难获得精确的土体物理力学参数，而土体参数的变化对数值模拟结果影响很大，因此容易造成计算结果的偏差。现场监测方法是获取隧道穿越滑坡体时周围土体变形的手段之一，但是受仪器设备以及人为观察因素等限制，现场测试结果具有一定偏差，同时现场监测需要投入一定量的人力物力，现场预埋测试元件非常容易在施工中受到破坏，从而延误监测乃至得到错误监测信息。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置，实现对隧道穿越滑坡体的不同开挖方向以及不同开挖速度的施工行为的模拟，准确测量隧道周围地层土体变形并进行分析。本专利技术为解决其技术问题而采用技术方案是：一种降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置，包括模型箱、隧道衬砌模型、隧道开挖施工模拟装置、一个降雨模拟装置，特征在于：所述模型箱内填入黏土形成从左侧至右侧向下的滑床，所述滑床内设有滑体，所述模拟箱中土体内部水平放置隧道衬砌模型，所述隧道衬砌模型内设有隧道开挖施工模拟装置，隧道衬砌模型由圆形橡胶绝热板分隔成若干段隧道，每段隧道内横向粘贴两个电阻应变片，用于衬砌的应变测量，每段隧道内绕有相等长度的电阻丝，电阻丝通过导线连接控制器，每段隧道内充有石蜡，使其对衬砌的压力与计算得到的填土完成后衬砌外表面的土压力相等，并且通过石蜡的分段融化来模拟隧道分段开挖以及通过对石蜡内所通电阻的控制来模拟隧道不同开挖速度；位于隧道衬砌模型上、下土体中和滑体表面分别固定有百分表探头，百分表探头通过预埋铝合金细管及其内部的柔性钢丝细线连接百分表，用于测量土体内部的单向位移；所述模拟箱上端装有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括若干个位移计、进水阀门7和出水阀门，每个位移计通过位移计支架固定在土体表面、土体内部以及隧道顶部，用于土体表面以及深层土体的纵向变形测量，通过进水阀门和出水阀门控制和调节降雨强度，从而模拟不同降雨强度下隧道穿越滑坡体开挖对周围土体的影响。所述柔性钢丝细线一端连接埋在测点位置的探头，一端连接百分表，所述铝合金细管约束柔性钢丝只在一个方向运动，从而消除干扰，精确测量测点处土体的单向位移。所述滑体表面固定多个铁片，将百分表探杆直接固定在每个铁片上，用于测得每个测点的位移。所述滑体表面铺垫双层塑料薄膜，用于模拟滑坡面滑动。本专利技术的有益效果是：本专利技术与现有技术相比较，具有如下显著优点：1、本试验测试装置可以手工制作，在相关科研中广泛性良好，试验测试方案具有较强扩展性，可以进一步应用到不同温度等条件下隧道穿越滑坡体影响效应的研究中；2、本试验的隧道开挖施工模拟装置位于隧道衬砌模型内部且有圆形橡胶绝热板封闭，并沿衬砌模型的纵向分段，在薄铝合金圆柱筒内部形成若干个封闭的短圆柱体腔，从而实现不同开挖工况的细致模拟；3、本试验通过充入一定体积的石蜡，使其内部的压力与外界土压力相等，石蜡融化后卸载，可真实还原实际隧道开挖并安装衬砌的工序，为试验数据增加了说服力；4、本试验中通过以一定的顺序融化一定长度的石蜡来模拟隧道的分步开挖情况，通过对石蜡内所通电阻的控制来模拟隧道不同开挖速度；5、引入降雨模拟装置，可通过控制水泵阀门模拟不同降雨强度，得到不同降雨强度下的隧道穿越滑坡体对周围地质影响效应；6、本试验运用电阻应变片测量衬砌变形，并综合运用位移计和百分表来测量隧道周围土体多点、多向位移，使模拟结果更加丰富、更加可信；7、采用本套装置进行降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验，可为公路隧道工程现场施工提供良好的咨询与建议，对于制定降雨条件下隧道安全穿越滑坡体技术标准以及滑坡体的安全保护措施提供一定的理论参考。附图说明图1为本专利技术在实施例中的模型箱内测试装置示意图；图2为本专利技术在实施例中的隧道开挖施工模拟装置；图3为本专利技术在实施例中的百分表测点布置图；图4为本专利技术在实施例中的降雨模拟装置示意图。具体实施方式下面结合附图，通过一个优选实施例对本专利技术作进一步地详细说明。首先，制作一个模型箱、一个隧道衬砌模型、一套隧道开挖施工模拟装置、一个降雨模拟装置。如图1所示，模型箱外形呈长方体，内部空间尺寸为1200mm×990mm×500mm（长×宽×高），由厚10mm的钢板1做底，前后面采用厚度为20mm的钢化玻璃2，左侧面为厚10mm的木板3，右侧面为500mm×500mm×10mm（长×高×厚）的木板4，底部与钢板1相连，顶面开口，顶部四周均设有锚孔便于固定降雨模拟装置。隧道衬砌模型14为直径50mm的薄铝合金筒体，放置于模型箱中土体内部，与模型箱长边平行，隧道开挖施工模拟装置在隧道衬砌模型内部且被5mm厚的第一至第四圆形橡胶绝热板10、11、12、13分成四段65、66、67、68段隧道，其中65、66、67段隧道长度均为150mm，68段隧道右端开口。预埋铝合金细管A63位于隧道上方25mm，内穿柔性细线，细线一端埋于隧道上方土体测点，另一端连接百分表；预埋铝合金细管B64位于隧道下方25mm，内穿柔性细线，细线一端埋于隧道下方土体测点，另一端连接百分表；双层塑料薄膜9，铺垫土层时安置在模拟滑动面。如图2所示，将隧道模型依次划分为65段隧道、66段隧道、67段隧道和68段隧道。每段隧道模型内部都绕有相等长度的电阻丝，65段隧道内部电阻丝由导线15A引出且连于控制器A19，66段隧道内部电阻丝由导线B16引出且连于控制器B20，67段隧道内部电阻丝由导线C17引出且连于控制器C21，68段隧道内部电阻丝由导线D18引出且连于控制器D22。用薄铝合金片制成直径为50mm的隧道衬砌模型14后，在左端固定一厚5mm、直径为50mm的第一圆形橡胶绝热板10，在65段隧道衬砌内壁适当位置横向粘贴第一、二电阻应变片23、24，放入电阻丝并引出导线15A连于控制器A19，之后充入石蜡150mm，使其对衬砌的压力与计算得到的填土完成后衬砌外表面的土压力相等，再固定上一厚5mm、直径为50mm的第二圆形橡胶绝热板11，完成65段隧道的施工模拟装置。在66段隧道衬砌内壁适当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置，包括模型箱、隧道衬砌模型、隧道开挖施工模拟装置、一个降雨模拟装置，特征在于：所述模型箱内填入黏土形成从左侧至右侧向下的滑床，所述滑床内设有滑体，所述模拟箱中土体内部水平放置隧道衬砌模型(14)，所述隧道衬砌模型(14)内设有隧道开挖施工模拟装置，隧道衬砌模型(14)由圆形橡胶绝热板分隔成若干段隧道，每段隧道内横向粘贴两个电阻应变片，用于衬砌的应变测量，每段隧道内绕有相等长度的电阻丝，电阻丝通过导线连接控制器，每段隧道内充有石蜡，使其对衬砌的压力与计算得到的填土完成后衬砌外表面的土压力相等，并且通过石蜡的分段融化来模拟隧道分段开挖以及通过对石蜡内所通电阻的控制来模拟隧道不同开挖速度；位于隧道衬砌模型(14)上、下土体中和滑体表面分别固定有百分表探头，百分表探头通过预埋铝合金细管及其内部的柔性钢丝细线连接百分表，用于测量土体内部的单向位移；所述模拟箱上端装有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括若干个位移计、模拟降雨管道(6)、进水阀门(7)和出水阀门(8)，每个位移计通过位移计支架(5)固定在土体表面、土体内部以及隧道顶部，用于土体表面以及深层土体的纵向变形测量，所述模拟降雨管道(6)上设有密集出水孔，模拟降雨管道(6)一端连接进水阀门(7)，另一端连接出水阀门(8)，通过进水阀门(7)和出水阀门(8)控制和调节降雨强度，从而模拟不同降雨强度下隧道穿越滑坡体开挖对周围土体的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置，包括模型箱、隧道衬砌模型、隧道开挖施工模拟装置、一个降雨模拟装置，特征在于：所述模型箱内填入黏土形成从左侧至右侧向下的滑床，所述滑床内设有滑体，所述模拟箱中土体内部水平放置隧道衬砌模型(14)，所述隧道衬砌模型(14)内设有隧道开挖施工模拟装置，隧道衬砌模型(14)由圆形橡胶绝热板分隔成若干段隧道，每段隧道内横向粘贴两个电阻应变片，用于衬砌的应变测量，每段隧道内绕有相等长度的电阻丝，电阻丝通过导线连接控制器，每段隧道内充有石蜡，使其对衬砌的压力与计算得到的填土完成后衬砌外表面的土压力相等，并且通过石蜡的分段融化来模拟隧道分段开挖以及通过对石蜡内所通电阻的控制来模拟隧道不同开挖速度；位于隧道衬砌模型(14)上、下土体中和滑体表面分别固定有百分表探头，百分表探头通过预埋铝合金细管及其内部的柔性钢丝细线连接百分表，用于测量土体内部的单向位移；所述模拟箱上端装有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括若干个位移计、模拟降雨管道(6)、进水阀门(7)和出水阀门...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，姜蕴娟，张孟喜，王卫东，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31