本发明专利技术公开了一种模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置，包括水位波动系统、模型箱、隧道、支撑系统和量测系统。水位波动系统包括恒水位水箱、进水管阀门、出水管阀门、连通管阀门、竖杆、滑膛、曲杆、圆环、减速器等。模型箱包括模型箱底板、角钢、模型箱左侧转动板、模型箱背面板等。支撑系统包括支撑叉子、支撑管和支撑底座。量测系统包括应变片、涌水量箱以及孔压计；应变片粘贴在隧道外表面，用于测量隧道变形；涌水量箱用于测量隧道涌水量；孔压计固定在传感器固定支架上，用于测量海床孔隙水压。本发明专利技术可模拟不同潮汐荷载因素，能够研究不同隧道埋深、开挖半径以及衬砌厚度等条件下，海底隧道周围海床孔隙水压力响应。
【技术实现步骤摘要】
模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置
本专利技术涉及一种海底隧道工程中孔隙水压力、隧道应变和隧道涌水量测量的试验装置，特别是涉及潮汐要素变化的海底隧道周围海床土压力以及孔隙水压力响应的模型试验装置，可用于量测不同隧道埋置深度、隧道开挖半径、衬砌厚度等情况下海底隧道周围海床孔隙水压力值。
技术介绍
随着中国城市化进程的加快，东部沿海地区出现越来越多沿海跨江的隧道工程，相比于跨海以及跨江的大桥，隧道对环境带来的损伤较小，而且几乎不受天气条件的影响。但是这些隧道工程都将面临着同一个问题，即潮汐作用的影响。潮汐作用不仅影响着总应力的变化，而且还改变着水力边界条件，而且对于弱透水土层，还存在着孔压累计的问题，因此潮汐荷载作用下，渗流场内部的水土压力响应是一个复杂的问题。现行的设计规范往往将一段重现期内的最高水位作为恒定水位进行设计，但是这么简化到底是偏危险还是偏安全，已有研究并未给出答案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置，可以提供不同的潮汐要素(振幅、周期等)，可以用于研究不同隧道埋置深度、隧道开挖半径、衬砌厚度等情况下海底隧道周围海床孔隙水压力值。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置，包括水位波动系统、模型箱、隧道、支撑系统和量测系统；所述水位波动系统包括包括恒水位水箱、进水管阀门、进水管、出水管阀门、出水管、连通管阀门、连通管、衬板A、竖杆、衬板B、滑膛、两个曲杆、两个圆环、减速器、电机和插头；所述模型箱由模型箱底板、四条角钢、模型箱左侧转动板、出水口阀门、钢化玻璃、模型箱背面板、模型箱右侧板、进出水阀门和有机玻璃板组成；所述恒水位水箱第一侧面顶部开有孔洞，用于安装进水管阀门；所述进水管阀门通过进水管和水源连接；所述恒水位水箱第二侧面中央开有孔洞，用于安装出水管阀门；所述出水管阀门与出水管一端连接；所述出水管另一端连接到地漏；所述恒水位水箱第三侧面底部开有孔洞，用于安装连通管阀门；所述连通管阀门与连通管一端连接，所述连通管另一端连接模型箱的进出水阀门；所述衬板A固定在恒水位水箱底部；所述衬板B固定在滑膛顶部；所述竖杆一端与衬板A固定连接，另一端与衬板B固定连接；所述滑膛呈长方体形，其中长边对应的铅垂面上开有条形的贯通孔A，短边对应的铅垂面上开有贯通孔B，所述贯通孔A和贯通孔B在同一水平面内，并相互垂直，两个圆环分别穿过两侧的贯通孔B置于贯通孔A的指定位置；所述曲杆呈Z字形，一头套在圆环内，另一头连接减速器，所述减速器与电机连接，所述电机通过插头连接电源；所述模型箱底板和四条角钢焊接形成模型箱框架；所述模型箱右侧板和模型箱背面板均由铁板制成并焊接到模型箱框架上；所述模型箱右侧板底部开有小孔，用于安装出水口阀门，用以加快土体固结，顶部安装有进出水阀门；所述模型箱背面板开有两个矩形开口，或者中间位置开有一个矩形开口，矩形开口处放置有机玻璃板；所述有机玻璃板中央开有圆形孔洞，孔洞半径和隧道外半径一致，用于安放隧道；所述钢化玻璃位于模型箱正面，并和模型箱框架通过结构胶粘接；所述模型箱左侧转动板由铁板制成，通过位于模型箱左侧转动板上的转子A和位于模型箱框架的角钢上的转子B连接，从而达到能够自由转动的目的，通过位于模型箱左侧转动板左侧的插销A和位于模型箱框架的角钢上的插销B以及插条固定；所述隧道由水泥和石英砂浇筑养护而成，安放在支撑系统上；所述支撑系统由支撑叉子、支撑管以及支撑底座组成；所述量测系统包括第一孔压传感装置、第二孔压传感装置、应变片和涌水量箱；所述第一孔压传感装置由第一传感器固定支架和固定在第一传感器固定支架上的第一孔压传感器组成；所述第二孔压传感装置由第二传感器固定支架和固定在第二传感器固定支架上的第二孔压传感器组成；所述第一孔压传感装置位于隧道下方，隧道的两侧各具有一个第二孔压传感器装置；所述应变片两两一组，共四组，每组的两个应变片呈T字形排布，四组沿隧道外表面环向等间距排布，用于测量隧道应变；所述涌水量箱由涌水量箱主体和第三孔压传感器组成；所述涌水量箱主体由四块塑料板构成，利用玻璃胶粘贴在模型箱背面板上；所述涌水量箱主体底部放置第三孔压传感器，用于测量水位高度。进一步地，所述贯通孔B截面形状为两段半圆形，中间连接矩形，刚好能够放入圆环。进一步地，所述曲杆为三根圆形截面的圆柱杆互相焊接而成。进一步地，所述恒水位水箱为五块正方形有机玻璃板通过AB胶粘接而成无顶水箱。进一步地，所述衬板A材质为金属板，钻有四个螺纹孔，通过螺丝连接在恒水位水箱底部；所述衬板B材质为铁板，钻有四个螺纹孔，通过螺丝与滑膛连接。进一步地，所述竖杆为铁杆，一端满焊在衬板A上，另一端满焊在衬板B上。进一步地，所述第一传感器固定支架和第二传感器固定支架由圆柱形细长铁杆点焊于正方形薄铁板中央，所述第一传感器固定支架和第二传感器固定支架上车有用于安装孔压传感器的凹槽。进一步地，所述转子A为一圆柱形钢条焊接在模型箱左侧转动板上，转子B焊接在模型箱框架的角钢上，为一棱柱体钢块，内部车出一圆柱体孔洞，圆柱体孔洞大于转子A，用于安放转子A；所述插销A和插销B均为一钢块，内部车去相同大小的孔洞后分别焊接在模型箱左侧转动板和模型箱框架的角钢上。进一步地，所述支撑叉子插入支撑管内，并且支撑管上每隔10厘米钻有一个孔洞，通过转紧螺丝用于调节支撑叉子的高度。进一步地，所述第一孔压传感器外径曲率与第一传感器固定支架上的凹槽曲率一致，通过绑扎带固定在第一传感器固定支架上；所述第二孔压传感器外径曲率与第二传感器固定支架上的凹槽曲率一致，通过绑扎带固定在第一传感器固定支架上；所述第一孔压传感器的信号传输线沿着第一传感器固定支架、模型箱底板、钢化玻璃的顺序连接到数据采集仪和第一孔压传感器供电装置上；所述第二孔压传感器的信号传输线沿着第二传感器固定支架、模型箱底板、钢化玻璃的顺序连接到数据采集仪和第二孔压传感器供电装置上。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可以提供简谐变化的边界水压，为研究潮汐荷载对工程的影响提供技术支持。2、本专利技术可以通过调节Z字形曲杆中杆的长度来调节潮汐变化的幅值，通过调节减速器的齿轮比来调节潮汐变化的周期。3、本专利技术可以通过调整海底隧道不同埋置深度、不同开挖半径以及不同衬砌厚度研究波浪作用下海底隧道合理的参数取值。4、本专利技术通过转动位于支撑管子上的螺丝调节支撑叉子的高度，并且通过更换相对应的有机玻璃板来调节隧道的埋置深度，有机玻璃板成本较低，这样的设计能够大大降低实验的费用。5、本专利技术通过引入转动板的设计，使得在卸土的时候可以从侧面进行，降低了劳动强度，方便实验实施。6、本专利技术在模型箱底板上放置一系列传感器固定支架，支架上放置数量不等的孔压传感器，用来量测任意时刻下海底隧道附近海床孔隙水压力值，进而描绘渗流场内等水头线以及流线并研究其变化规律。7、本专利技术提供了单线隧道和双线隧道两种模式；通过调节两块有机玻璃板开孔位置来调整双线隧道的相对位置，从而实现不同的隧道间距。附图说明图1(a)为模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置采用单线隧道的效果图；图1(b)为模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置采用双线隧道的效果图；图2为恒水位水箱正视图；图3为恒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置，其特征在于，包括水位波动系统、模型箱、隧道(28)、支撑系统和量测系统；所述水位波动系统包括恒水位水箱(1)、进水管阀门(2)、进水管(3)、出水管阀门(4)、出水管(5)、连通管阀门(6)、连通管(7)、衬板A(8)、竖杆(9)、衬板B(10)、滑膛(11)、两个曲杆(12)、两个圆环(15)、减速器(16)、电机(17)和插头(18)；所述模型箱由模型箱底板(19)、四条角钢(20)、模型箱左侧转动板(21)、出水口阀门(22)、钢化玻璃(23)、模型箱背面板(24)、模型箱右侧板(25)、进出水阀门(26)和有机玻璃板(27)组成；所述恒水位水箱(1)第一侧面顶部开有孔洞，用于安装进水管阀门(2)，通过进水管(3)和水源连接；所述恒水位水箱(1)第二侧面中央开有孔洞，用于安装出水管阀门(4)；所述出水管阀门(4)与出水管(5)一端连接；所述出水管(5)另一端连接到地漏；所述恒水位水箱(1)第三侧面底部开有孔洞，用于安装连通管阀门(6)；所述连通管阀门(6)与连通管(7)一端连接，所述连通管(7)另一端连接模型箱的进出水阀门(26)；所述衬板A(8)固定在恒水位水箱(1)底部；所述衬板B(10)固定在滑膛(11)顶部；所述竖杆(9)一端与衬板A(8)固定连接，另一端与衬板B(10)固定连接；所述滑膛(11)呈长方体形，其中长边对应的铅垂面上开有条形的贯通孔A(13)，短边对应的铅垂面上开有贯通孔B(14)，所述贯通孔A(13)和贯通孔B(14)在同一水平面内，并相互垂直，两个圆环(15)分别穿过两侧的贯通孔B(14)置于贯通孔A(13)的指定位置；所述曲杆(12)呈Z字形，一头套在圆环(15)内，另一头连接减速器(16)，所述减速器(16)与电机(17)连接，所述电机(17)通过插头(18)连接电源；所述模型箱底板(19)和四条角钢(20)焊接形成模型箱框架；所述模型箱右侧板(25)和模型箱背面板(24)均焊接在模型箱框架上；所述模型箱右侧板(25)底部开有小孔，用于安装出水口阀门(22)，顶部安装有进出水阀门(26)；所述模型箱背面板(24)开有两个矩形开口，或者中间位置开有一个矩形开口，矩形开口处放置有机玻璃板(27)；所述有机玻璃板(27)中央开有圆形孔洞，孔洞半径和隧道(28)外半径一致，用于安放隧道(28)；所述钢化玻璃(23)位于模型箱正面，并和模型箱框架通过结构胶粘接；所述模型箱左侧转动板(21)通过位于模型箱左侧转动板(21)上的转子A(21‑1)和位于模型箱框架的角钢(20)上的转子B(20‑1)连接，通过位于模型箱左侧转动板(21)左侧的插销A(21‑2)和位于模型箱框架的角钢(20)上的插销B(20‑2)以及插条固定；所述隧道(28)由水泥和石英砂浇筑养护而成，安放在支撑系统上；所述支撑系统由支撑叉子(29‑1)、支撑管(29‑2)以及支撑底座(29‑3)组成；所述量测系统包括第一孔压传感装置、第二孔压传感装置、应变片(33)和涌水量箱；所述第一孔压传感装置由第一传感器固定支架(30‑1)和固定在第一传感器固定支架(30‑1)上的第一孔压传感器(30‑2)组成；所述第二孔压传感装置由第二传感器固定支架(31‑1)和固定在第二传感器固定支架(31‑1)上的第二孔压传感器(31‑2)组成；所述第一孔压传感装置位于隧道(28)下方，隧道(28)的两侧各具有一个第二孔压传感器装置；所述应变片(33)两两一组，共四组，每组的两个应变片(33)呈T字形排布，四组沿隧道(28)外表面环向等间距排布，用于测量隧道(28)应变；所述涌水量箱由涌水量箱主体(32‑1)和第三孔压传感器(32‑2)组成；所述涌水量箱主体(32‑1)由四块塑料板构成，利用玻璃胶粘贴在模型箱背面板(24)上；所述涌水量箱主体(32‑1)底部放置第三孔压传感器(32‑2)，用于测量水位高度。...
【技术特征摘要】
1.一种模拟潮汐荷载作用下海底隧道动态响应试验装置，其特征在于，包括水位波动系统、模型箱、隧道(28)、支撑系统和量测系统；所述水位波动系统包括恒水位水箱(1)、进水管阀门(2)、进水管(3)、出水管阀门(4)、出水管(5)、连通管阀门(6)、连通管(7)、衬板A(8)、竖杆(9)、衬板B(10)、滑膛(11)、两个曲杆(12)、两个圆环(15)、减速器(16)、电机(17)和插头(18)；所述模型箱由模型箱底板(19)、四条角钢(20)、模型箱左侧转动板(21)、出水口阀门(22)、钢化玻璃(23)、模型箱背面板(24)、模型箱右侧板(25)、进出水阀门(26)和有机玻璃板(27)组成；所述恒水位水箱(1)第一侧面顶部开有孔洞，用于安装进水管阀门(2)，通过进水管(3)和水源连接；所述恒水位水箱(1)第二侧面中央开有孔洞，用于安装出水管阀门(4)；所述出水管阀门(4)与出水管(5)一端连接；所述出水管(5)另一端连接到地漏；所述恒水位水箱(1)第三侧面底部开有孔洞，用于安装连通管阀门(6)；所述连通管阀门(6)与连通管(7)一端连接，所述连通管(7)另一端连接模型箱的进出水阀门(26)；所述衬板A(8)固定在恒水位水箱(1)底部；所述衬板B(10)固定在滑膛(11)顶部；所述竖杆(9)一端与衬板A(8)固定连接，另一端与衬板B(10)固定连接；所述滑膛(11)呈长方体形，其中长边对应的铅垂面上开有条形的贯通孔A(13)，短边对应的铅垂面上开有贯通孔B(14)，所述贯通孔A(13)和贯通孔B(14)在同一水平面内，并相互垂直，两个圆环(15)分别穿过两侧的贯通孔B(14)置于贯通孔A(13)的指定位置；所述曲杆(12)呈Z字形，一头套在圆环(15)内，另一头连接减速器(16)，所述减速器(16)与电机(17)连接，所述电机(17)通过插头(18)连接电源；所述模型箱底板(19)和四条角钢(20)焊接形成模型箱框架；所述模型箱右侧板(25)和模型箱背面板(24)均焊接在模型箱框架上；所述模型箱右侧板(25)底部开有小孔，用于安装出水口阀门(22)，顶部安装有进出水阀门(26)；所述模型箱背面板(24)开有两个矩形开口，或者中间位置开有一个矩形开口，矩形开口处放置有机玻璃板(27)；所述有机玻璃板(27)中央开有圆形孔洞，孔洞半径和隧道(28)外半径一致，用于安放隧道(28)；所述钢化玻璃(23)位于模型箱正面，并和模型箱框架通过结构胶粘接；所述模型箱左侧转动板(21)通过位于模型箱左侧转动板(21)上的转子A(21-1)和位于模型箱框架的角钢(20)上的转子B(20-1)连接，通过位于模型箱左侧转动板(21)左侧的插销A(21-2)和位于模型箱框架的角钢(20)上的插销B(20-2)以及插条固定；所述隧道(28)由水泥和石英砂浇筑养护而成，安放在支撑系统上；所述支撑系统由支撑叉子(29-1)、支撑管(29-2)以及支撑底座(29-3)组成；所述量测系统包括第一孔压传感装置、第二孔压传感装置、应变片(33)和涌水量箱；所述第一孔压传感装置由第一传感器固定支架(30-1)和固定在第一传感器固定支架(30-1)上的第一孔压传感器(30-2)组成；所述第二孔压传感装置由第二传感器固定支架(31-1)和固定在第二传感器固定支架(31-1)上的第二孔压传感器(31-2)组成；所述第一孔压传感装置位于隧道(28)下方，隧道(28)的两侧各具有一个第二孔压传感器装置；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：应宏伟，朱成伟，王霄，王迪，沈华伟，许鼎业，章丽莎，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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