盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置，装置包括壳体、围压模拟机构、位移同步加载机构、至少两份填料和测量组件；壳体包括底壁、至少一部分透明的侧壁和顶壁；围压模拟机构包括加压板和至少两个升降机，底壁、侧壁与加压板围成填料箱体；各升降机的同步升降带动加压板上下移动；位移同步加载机构包括驱动机、圆柱形筒壁及封盖其内端的圆形挡板、半圆柱形筒壁及封盖其内端的半圆形挡板；驱动机驱动两个挡板同步移动；填料分层充填在填料箱体中，相邻层的颜色不同；测量组件包括圆形挡板上的土压力传感器、加压板上的围压传感器、采集仪和处理器。本实用新型专利技术对掘进面土体压力分布和土体滑移状态进行模型试验研究。

【技术实现步骤摘要】
盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置
本技术涉及隧道盾构的
，特别是涉及一种盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置。
技术介绍
现有技术中，进行隧道盾构掘进面稳定性分析时，通常对土体进行纵切或横切，采用平面加载的方式进行试验，研究掘进面前方土体的土压力分布情况和掘进面失稳时前方土体的滑移情况，其中纵切面的研究较多，然而单纯研究隧道纵切面或者横切面并不能反映掘进面失稳时前方土体全部情况。即使在不同试验装置上同时研究隧道掘进面的纵剖面和横剖面，然后进行结合分析，同样存在应力环境差异，加载同步性不清晰等，导致隧道掘进面临界失稳时不能真实反映三维土体应力应变关系，分析结果的可靠性也存疑。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术的目的是为了提供一种能够反映隧道盾构掘进过程中掘进面临界失稳状态下土体在不同位移时应力变化情况的装置。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供一种盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置，用于模拟隧道掘进面稳定性，所述盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置包括：壳体，包括底壁、侧壁和顶壁，所述底壁封闭在所述侧壁的下端开口，所述顶壁能拆卸地连接在所述侧壁的上端，所述顶壁用于为模拟周围压力提供反力；所述侧壁的至少一部分由透明材质制成；围压模拟机构，包括加压板、至少两个升降机和联轴器；所述加压板的外侧密封且滑动连接在所述侧壁的内侧，所述底壁、所述侧壁与所述加压板围合成填料箱体腔；各所述升降机的两端分别连接所述顶壁和所述加压板；通过所述联轴器的连接实现各所述升降机的同步升降，并带动所述加压板沿所述侧壁上下移动，实现围压模拟；位移同步加载机构，包括驱动机、水平设置于所述填料腔箱体中的圆柱形筒壁、位于所述填料箱体腔中且与所述圆柱形筒壁平行的半圆柱形筒壁、封盖于所述圆柱形筒壁的内端开口处的圆形端盖挡板和封盖于所述半圆柱形筒壁的内端开口处的半圆形端盖挡板；所述圆柱形筒壁的外端和所述半圆柱形筒壁的外端均伸出所述壳体，且分别与所述驱动机连接，所述驱动机驱动所述圆柱形筒壁挡板和所述半圆柱形筒壁挡板向所述筒壁填料箱体腔的内部同步水平移动；至少两份填料，从下至上分层充填在所述填料箱体腔中，相邻层中的所述填料的颜色不同；测量组件，包括分别均匀布置在所述圆形挡板上的多个土压力传感器、和设置在两个挡板所述加压板上的多个力围压传感器设置在所述圆形端盖和所述半圆形端盖上的多个压力传感器、采集仪和处理器，所述采集仪与各所述土压力传感器、所述围压传感器分别电连接，并接收其发出的压力信号，所述处理器处理各所述压力信号。进一步地，所述圆柱形筒壁的半径与所述半圆柱形筒壁的半径相同，处于同一高度，试验时处于同一应力环境，可以测试和模拟同一隧道的纵剖面和横剖面，展示其三维破坏位移应力情况。进一步地，所述土压力传感器在所述圆形挡板端盖上沿其经线和纬线均匀布置，所述压力传感器在所述半圆形端盖上沿其经线和纬线均匀布置。更进一步地，所述驱动机包括两根横向设置的螺杆、联轴器和手轮；两根所述螺杆分别置于所述圆柱形筒壁内和所述半圆柱形筒壁内，并分别与所述圆形端盖挡板和所述半圆形挡板端盖能转动地连接；所述联轴器连接两根所述螺杆，所述手轮与所述联轴器连接；通过转动所述手轮，驱动所述联轴器转动，并带动两根所述螺杆同步做伸缩运动，两根所述螺杆的伸缩运动分别推动所述圆形挡板端盖和所述半圆形挡板端盖同步水平移动。进一步地，充填在所述圆柱形筒壁上方的所述填料的厚度大于0，且小于或等于所述圆柱形筒壁直径的三倍。作为一种可实施的方式，所述填料为砂土。作为一种可实施的方式，所述侧壁全部由透明材质制成，并在其上张贴透明刻度纸，最小刻度为1毫米。进一步地，所述侧壁包括四块壁板，四块所述壁板围成矩形筒；所述圆柱形筒壁的外端和所述半圆柱形筒壁的外端均垂直穿过其中一块所述壁板。(三)有益效果本技术提供的一种能够反映隧道盾构掘进过程中土体变化情况的装置，通过圆形挡板和半圆形挡板的水平位移、以及土压力传感器和围压传感器测得的压力信号，对盾构掘进面土体压力分布和掘进面临界滑移状态进行研究。在土体发生变形的过程中，观察隧道不同剖面处土体的位移情况，根据分层充填且颜色交替的填料，观察土体滑裂面的形状，根据土压力传感器和围压传感器测得的数据，确定在不同位移条件下圆形挡板和半圆形挡板上的压力分布情况。建立半圆柱形筒壁可以观察到实际隧道掘进面纵剖面的土体位移情况，建立圆柱形筒壁可以观察到掘进面横剖面土体位移情况，从而本技术通过对纵剖面和横剖面的模拟，实现对盾构掘进面的三维分析。附图说明图1为本技术的盾构掘进面的三维试验装置(不含顶壁)的结构示意图；图2为本技术的盾构掘进面的三维试验装置的壳体(不含顶壁)、圆柱形筒壁和半圆柱形筒壁的结构示意图；图3为本技术的盾构掘进面的三维试验装置的圆形挡板上土压力传感器的分布示意图；图4为本技术的盾构掘进面的三维试验装置的圆形挡板的竖轴上监测点土压力与挡板位移之间的关系；图5为本技术的盾构掘进面的三维试验装置的圆形挡板的横轴上监测点土压力与挡板位移之间的关系。附图标记：10-壳体；12-底壁；14-侧壁；22-圆柱形筒壁；24-圆形挡板；32-半圆柱形筒壁；34-半圆形挡板；40-位移同步加载机构；42-螺杆；44-用于位移加载的联轴器；46-手轮；50-围压模拟机构；52-加压板；54-升降机；62-土压力传感器；64-采集仪；66-处理器。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。请参阅图1和图2所示，本技术提出一种盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置，用于模拟隧道掘进，盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置包括壳体10、围压模拟机构50、位移同步加载机构40、至少两份填料和测量组件。壳体10包括底壁12、侧壁14和顶壁，底壁12封闭在侧壁14的下端开口，顶壁能拆卸地连接在侧壁14的上端，顶壁用于为模拟周围压力提供反力；侧壁14的至少一部分由透明材质制成。围压模拟机构50包括加压板52、至少两个升降机54和联轴器；加压板52的外侧密封且滑动连接在侧壁14的内侧，底壁12、侧壁14与加压板52围合成填料箱体。各升降机54的两端分别连接顶壁和加压板52；通过联轴器的连接实现各升降机54的同步升降，并带动加压板52沿侧壁14上下移动，实现围压模拟。位移同步加载机构40包括驱动机、水平设置于填料箱体中的圆柱形筒壁22、位于填料箱体中且与圆柱形筒壁22平行的半圆柱形筒壁32、封盖于圆柱形筒壁22的内端开口处的圆形挡板24和封盖于半圆柱形筒壁32的内端开口处的半圆形挡板34。圆柱形筒壁22的外端和半圆柱形筒壁32的外端均伸出壳体10，且分别与驱动机连接，驱动机驱动圆形挡板24和半圆形挡板34向填料箱体的内部同步水平移动。填料从下至上分层充填在填料箱体中，相邻层中的填料的颜色不同。测量组件包括均匀布置在圆形挡板24上的多个土压力传感器62、设置在加压板52上的围压传感器、采集仪64和处理器66，采集仪64与土压力传感器62、围压传感器分别电连接，并接收其发出的压力信号，处理器66处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置，用于模拟隧道掘进，其特征在于，所述盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置包括：壳体，包括底壁、侧壁和顶壁，所述底壁封闭在所述侧壁的下端开口，所述顶壁能拆卸地连接在所述侧壁的上端，所述顶壁用于为模拟周围压力提供反力；所述侧壁的至少一部分由透明材质制成；围压模拟机构，包括加压板、至少两个升降机和联轴器；所述加压板的外侧密封且滑动连接在所述侧壁的内侧，所述底壁、所述侧壁与所述加压板围合成填料箱体；各所述升降机的两端分别连接所述顶壁和所述加压板；通过所述联轴器的连接实现各所述升降机的同步升降，并带动所述加压板沿所述侧壁上下移动，实现围压模拟；位移同步加载机构，包括驱动机、水平设置于所述填料箱体中的圆柱形筒壁、位于所述填料箱体中且与所述圆柱形筒壁平行的半圆柱形筒壁、封盖于所述圆柱形筒壁的内端开口处的圆形挡板和封盖于所述半圆柱形筒壁的内端开口处的半圆形挡板；所述圆柱形筒壁的外端和所述半圆柱形筒壁的外端均伸出所述壳体，且分别与所述驱动机连接，所述驱动机驱动所述圆形挡板和所述半圆形挡板向所述填料箱体的内部同步水平移动；至少两份填料，从下至上分层充填在所述填料箱体中，相邻层中的所述填料的颜色不同；测量组件，包括分别均匀布置在所述圆形挡板上的多个土压力传感器、设置在所述加压板上的围压传感器、采集仪和处理器，所述采集仪与所述土压力传感器、所述围压传感器分别电连接，并接收其发出的压力信号，所述处理器处理各所述压力信号。...

【技术特征摘要】
1.一种盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置，用于模拟隧道掘进，其特征在于，所述盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置包括：壳体，包括底壁、侧壁和顶壁，所述底壁封闭在所述侧壁的下端开口，所述顶壁能拆卸地连接在所述侧壁的上端，所述顶壁用于为模拟周围压力提供反力；所述侧壁的至少一部分由透明材质制成；围压模拟机构，包括加压板、至少两个升降机和联轴器；所述加压板的外侧密封且滑动连接在所述侧壁的内侧，所述底壁、所述侧壁与所述加压板围合成填料箱体；各所述升降机的两端分别连接所述顶壁和所述加压板；通过所述联轴器的连接实现各所述升降机的同步升降，并带动所述加压板沿所述侧壁上下移动，实现围压模拟；位移同步加载机构，包括驱动机、水平设置于所述填料箱体中的圆柱形筒壁、位于所述填料箱体中且与所述圆柱形筒壁平行的半圆柱形筒壁、封盖于所述圆柱形筒壁的内端开口处的圆形挡板和封盖于所述半圆柱形筒壁的内端开口处的半圆形挡板；所述圆柱形筒壁的外端和所述半圆柱形筒壁的外端均伸出所述壳体，且分别与所述驱动机连接，所述驱动机驱动所述圆形挡板和所述半圆形挡板向所述填料箱体的内部同步水平移动；至少两份填料，从下至上分层充填在所述填料箱体中，相邻层中的所述填料的颜色不同；测量组件，包括分别均匀布置在所述圆形挡板上的多个土压力传感器、设置在所述加压板上的围压传感器、采集仪和处理器，所述采集仪与所述土压力传感器、所述围压传感器分别电连接，并接收其发出的压力信号，所述处理器处理各所述压力信号。2.如权利要求1所述的盾构掘进面稳定性分析的位移加载三维试验装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学彦，袁大军，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11