用于模拟隧道开挖的模型箱、隧道开挖模拟系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及隧道以及地下工程施工试验技术领域，具体涉及一种用于模拟隧道开挖的模型箱、隧道开挖模拟系统及方法，所述隧道开挖模型箱包括顶部开口底部封闭的箱体(1)，所述箱体(1)的两对侧壁均为双层框架结构，且所述双层框架结构的夹层中适于容纳透明板材；其中一对相对设置的侧壁上均设有横向插销道；另一对相对设置的侧壁上均设有纵向插销道，所述横向插销道与所述纵向插销道中均适于容纳插销，所述插销包括调位插销组(22)和半圆插销组(23)；且所述透明板材与所述夹层配合以及所述插销与各所述插销道配合后，能够使得所述侧壁形成整体密闭的结构。本发明专利技术一种用于模拟隧道开挖的模型箱能够模拟多种工况的隧道开挖，具有良好的实用性。

【技术实现步骤摘要】
用于模拟隧道开挖的模型箱、隧道开挖模拟系统及方法
本专利技术涉及隧道及地下工程施工试验
，具体涉及一种用于模拟隧道开挖的模型箱，另外，本专利技术还涉及一种隧道开挖模拟系统及方法。
技术介绍
模型试验，它以相似原理为理论基础，是一种发展较早、应用广泛、形象直观的岩土介质、工程结构、物理力学特性的研究方法。模型试验可以模拟各种相对复杂的边界条件，能较全面而又形象地呈现工程结构与相关岩土体共同作用下的应力和变形机制、破坏机理、形态及失稳阶段的全貌。长期以来，模型试验方法一直是研究解决大型复杂隧道工程课题的重要手段。对于模型试验来说，其中最关键的是模型箱的制作，目前现有技术大多数模型箱只能针对一种工况条件进行模拟，造成了模型箱极大的浪费。有鉴于此，需要提供一种用于模拟隧道开挖的模型箱。
技术实现思路
本专利技术第一方面所要解决的技术问题是提供一种用于模拟隧道开挖的模型箱，该用于模拟隧道开挖的模型箱可以模拟多种工况的隧道开挖，实用性强，避免了一种工况的实验设计一种模型箱所造成的资源浪费。本专利技术第二方面所要解决的技术问题是提供一种隧道开挖模拟系统，其能够实现对多种工况的隧道开挖过程的模拟，并能够检测和记录模拟隧道开挖过程中的各项实验数据，以便论证实际施工方案是否安全可行。本专利技术第三方面所要解决的问题是要提供一种隧道开挖模拟方法，该方法可以实现模拟多种工况的隧道开挖，并实现模拟实验的数据记录。为了解决上述技术问题，本专利技术一方面提供一种用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，包括顶部开口底部封闭的箱体，所述箱体的两对侧壁均为双层框架结构，且所述双层框架结构的夹层中适于容纳透明板材；其中一对相对设置的侧壁上，在其各自的中部区域均设有横向插销道；另一对相对设置的侧壁上，在其各自的中部区域均设有纵向插销道，所述横向插销道与所述纵向插销道中均适于容纳插销，所述插销包括能够调节模拟隧道间距的调位插销组和能够构成模拟隧道断面的半圆插销组；且所述透明板材与所述双层框架结构的夹层配合以及所述插销与所述横向插销道与所述纵向插销道配合后，能够使得各所述侧壁形成密闭整体结构。其中夹层中的透明板材便于让实验人员对模型箱内情况进行观测。具体地，所述两对侧壁的内壁上部均设有内侧硬质板，其中所述一对相对设置的侧壁包括左侧壁和右侧壁，所述横向插销道包括左侧壁上设有的横向贯穿于其中部区域的第一横向插销道和所述右侧壁上设有的横向贯穿于其中部区域的第二横向插销道；所述第一横向插销道的上侧设有左侧壁第一横向双层框架结构，所述第一横向插销道的下侧设有左侧壁第二横向双层框架结构；所述第二横向插销道的上侧设有右侧壁第一横向双层框架结构，所述第二横向插销道的下侧设有右侧壁第二横向双层框架结构；所述另一对相对设置的侧壁包括前侧壁和后侧壁，所述纵向插销道包括前侧壁上设有的纵向贯穿于其中部区域的第一纵向插销道和所述后侧壁上设有的纵向贯穿于其中部区域的第二纵向插销道；所述第一纵向插销道的左侧设有前侧壁第一纵向双层框架结构，所述第一纵向插销道的右侧设有前侧壁第二纵向双层框架结构；所述第二纵向插销道的左侧设有后侧壁第一纵向双层框架结构，所述第二纵向插销道的右侧设有后侧壁第二纵向双层框架结构。各对相对设置的侧壁的结构相同，有利于插销和透明板材的标准化和通用化。优选地，所述第一横向插销道和所述第二横向插销道与其各自相对应的所述双层框架结构相接触的一侧，均由两条长度方向为前后方向且宽度方向为左右方向的支撑板构成，且两条所述支撑板间形成有适于通过插销结构的横向间隙；所述第一纵向插销道和所述第二纵向插销道与其各自相对应的所述双层框架结构相接触的一侧，均由两条长度方向为纵向且宽度方向为前后方向的限位板构成，且两条所述限位板间形成有适于通过插销结构的纵向间隙；且各所述支撑板与各所述限位板的厚度一致，均为H1；所述横向间隙的间隙宽度与所述纵向间隙的间隙宽度一致；所述第一横向插销道、所述第二横向插销道、所述第一纵向插销道和所述第二纵向插销道的宽度均相等。进一步地，所述插销沿上下方向相对设置的两个侧面上均设有所述插销结构，所述插销结构为贯穿于所述侧面的长度方向的凸起结构，所述凸起结构的宽度与所述横向间隙以及所述纵向间隙的间隙宽度一致；所述凸起结构凸起的高度为H2；所述半圆插销组中成对配合的设置有左半圆插销和右半圆插销，所述左半圆插销与所述右半圆插销相配合，以形成模拟隧道的断面；且所述调位插销组包括至少两种长度的调位插销；所述半圆插销组包括配合后所形成的模拟隧道的断面为圆形的地铁隧道半圆插销组和配合后所形成的模拟隧道断面为马蹄形的山岭隧道半圆插销组，且所述地铁隧道半圆插销组包括至少两种尺寸的断面的地铁隧道半圆插销，所述山岭隧道半圆插销组包括至少两种断面尺寸的山岭隧道半圆插销。具体地，所述左侧壁第一横向双层框架结构、所述左侧壁第二横向双层框架结构、所述右侧壁第一横向双层框架结构和所述右侧壁第二横向双层框架结构的横向夹层中均适于容纳所述透明板材，所述透明板材为横向钢化玻璃，且所述横向钢化玻璃上与所述横向插销道相配合的一侧，设有贯穿于该侧长度方向的横向凹槽，且所述横向凹槽的凹槽宽度与所述横向间隙的间隙宽度一致；所述前侧壁第一纵向双层框架结构、所述前侧壁第二纵向双层框架结构、所述后侧壁第一纵向双层框架结构和所述后侧壁第二纵向双层框架结构的纵向夹层中均适于容纳所述透明板材，所述透明板材为纵向钢化玻璃，且所述纵向钢化玻璃上与所述纵向设置的插销道相配合的一侧，设有贯穿于该侧长度方向的纵向凹槽，且所述纵向凹槽的凹槽宽度与所述纵向间隙的间隙宽度一致；所述横向凹槽的深度与所述纵向凹槽的深度一致，均为H3。优选地，所述横向钢化玻璃沿前后方向插入所述横向夹层中，且所述横向钢化玻璃上设有所述横向凹槽的一侧与所述横向间隙相配合；在所述横向钢化玻璃插入所述横向夹层的横向插入端端口处设有适于开合的连接装置，在所述横向钢化玻璃插入所述横向夹层的尽头端由硬质板封闭；所述纵向钢化玻璃从上至下插入所述纵向夹层中，且所述纵向钢化玻璃上设有所述纵向凹槽的一侧与所述纵向间隙相配合；在所述纵向钢化玻璃插入所述纵向夹层的纵向插入端端口处也设有适于开合的所述连接装置，在所述纵向钢化玻璃插入所述纵向夹层的尽头端为所述箱体的底部，所述底部由底部硬质板封闭。需要强调的是，底部硬质板优选为具有足够的厚度钢板，以防止因不均匀沉降造成试验误差。本专利技术二方面提供一种隧道开挖模拟系统，其特征在于，包括：用于模拟隧道开挖的模型箱，用于模拟隧道待开挖的围岩；隧道开挖模拟装置，用于模拟开挖后的隧道；地表沉降检测装置，用于检测模型箱内填料的上表面的沉降数值；压力加载装置，用于对模型箱内的填料加载；土压力检测装置，用于测量模拟隧道的洞室拱顶与拱腰处的径向压力与环向压力；隧道破坏模式监测装置，用于记录所述模拟隧道在开挖时模型箱内填料的破坏过程；隧道结构模拟装置，用于模拟已建隧道。具体地，所述隧道开挖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，包括顶部开口底部封闭的箱体(1)，所述箱体(1)的两对侧壁均为双层框架结构，且所述双层框架结构的夹层中适于容纳透明板材；其中一对相对设置的侧壁上，在其各自的中部区域均设有横向插销道；另一对相对设置的侧壁上，在其各自的中部区域均设有纵向插销道，所述横向插销道与所述纵向插销道中均适于容纳插销，所述插销包括能够调节模拟隧道间距的调位插销组(22)和能够构成模拟隧道断面的半圆插销组(23)；且所述透明板材与所述双层框架结构的夹层配合以及所述插销与所述横向插销道与所述纵向插销道配合后，能够使得各所述侧壁形成密闭整体结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，包括顶部开口底部封闭的箱体(1)，所述箱体(1)的两对侧壁均为双层框架结构，且所述双层框架结构的夹层中适于容纳透明板材；其中一对相对设置的侧壁上，在其各自的中部区域均设有横向插销道；另一对相对设置的侧壁上，在其各自的中部区域均设有纵向插销道，所述横向插销道与所述纵向插销道中均适于容纳插销，所述插销包括能够调节模拟隧道间距的调位插销组(22)和能够构成模拟隧道断面的半圆插销组(23)；且所述透明板材与所述双层框架结构的夹层配合以及所述插销与所述横向插销道与所述纵向插销道配合后，能够使得各所述侧壁形成密闭整体结构。


2.根据权利要求1所述的用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，所述两对侧壁的内壁上部均设有内侧硬质板，且其中所述一对相对设置的侧壁包括左侧壁(11)和右侧壁(12)，所述横向插销道包括左侧壁(11)上设有的横向贯穿于其中部区域的第一横向插销道(111)和所述右侧壁(12)上设有的横向贯穿于其中部区域的第二横向插销道(121)；所述第一横向插销道(111)的上侧设有左侧壁第一横向双层框架结构(112)，所述第一横向插销道(111)的下侧设有左侧壁第二横向双层框架结构(113)；所述第二横向插销道(121)的上侧设有右侧壁第一横向双层框架结构(122)，所述第二横向插销道(121)的下侧设有右侧壁第二横向双层框架结构(123)；
所述另一对相对设置的侧壁包括前侧壁(13)和后侧壁(14)，所述纵向插销道包括前侧壁(13)上设有的纵向贯穿于其中部区域的第一纵向插销道(131)和所述后侧壁(14)上设有的纵向贯穿于其中部区域的第二纵向插销道(141)；所述第一纵向插销道(131)的左侧设有前侧壁第一纵向双层框架结构(132)，所述第一纵向插销道(131)的右侧设有前侧壁第二纵向双层框架结构(133)；所述第二纵向插销道(141)的左侧设有后侧壁第一纵向双层框架结构(142)，所述第二纵向插销道(141)的右侧设有后侧壁第二纵向双层框架结构(143)。


3.根据权利要求2所述的用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，所述第一横向插销道(111)和所述第二横向插销道(121)与其各自相对应的所述双层框架结构相接触的一侧，均由两条长度方向为前后方向且宽度方向为左右方向的支撑板(16)构成，且两条所述支撑板(16)间形成有适于通过插销结构的横向间隙(161)；
所述第一纵向插销道(131)和所述第二纵向插销道(141)与其各自相对应的所述双层框架结构相接触的一侧，均由两条长度方向为纵向且宽度方向为前后方向的限位板(17)构成，且两条所述限位板(17)间形成有适于通过插销结构的纵向间隙(171)；
且各所述支撑板(16)与各所述限位板(17)的厚度一致，均为H1；所述横向间隙(161)的间隙宽度与所述纵向间隙(171)的间隙宽度一致；所述第一横向插销道(111)、所述第二横向插销道(121)、所述第一纵向插销道(131)和所述第二纵向插销道(141)的宽度均相等。


4.根据权利要求1所述的用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，所述插销沿上下方向相对设置的两个侧面上均设有所述插销结构，所述插销结构为贯穿于所述侧面的长度方向的凸起结构(21)，所述凸起结构(21)的宽度与所述横向间隙(161)以及所述纵向间隙(171)的间隙宽度一致；所述凸起结构(21)凸起的高度为H2；
所述半圆插销组(23)中成对配合的设置有左半圆插销和右半圆插销，所述左半圆插销与所述右半圆插销相配合，以形成模拟隧道的断面；且所述调位插销组(22)包括至少两种长度的调位插销；所述半圆插销组(23)包括配合后所形成的模拟隧道的断面为圆形的地铁隧道半圆插销组(231)和配合后所形成的模拟隧道断面为马蹄形的山岭隧道半圆插销组(232)，且所述地铁隧道半圆插销组(231)包括至少两种尺寸的断面的地铁隧道半圆插销，所述山岭隧道半圆插销组(232)包括至少两种断面尺寸的山岭隧道半圆插销。


5.根据权利要求2所述的用于模拟隧道开挖的模型箱，其特征在于，所述左侧壁第一横向双层框架结构(112)、所述左侧壁第二横向双层框架结构(113)、所述右侧壁第一横向双层框架结构(122)和所述右侧壁第二横向双层框架结构(123)的横向夹层中均适于容纳所述透明板材，所述透明板材为横向钢化玻璃(31)，且所述横向钢化玻璃(31)上与所述横向插销道相配合的一侧，设有贯穿于该侧长度方向的横向凹槽(311)，且所述横向凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏莉，文胜，喻少华，杨海涛，吕超慧，刘云平，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43