一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，包括模型箱，模型箱内填有土体，土体内有隧道孔洞，隧道孔洞内有隧道模型和变形控制装置，变形控制装置介于隧道模型和土体之间，与土体直接接触，变形控制装置在隧道模型外面包裹着隧道模型；该试验装置能够弥补传统模型试验中对隧道或围岩受力特性单独模拟方法的不足，可以动态模拟隧道开挖时隧道模型与围岩的相互作用及力学特性，对复杂地质条件及新型隧道结构的应用研究提供更加丰富的测试数据，使的在模拟隧道开挖时，对围岩及隧道的力学特性评价更加可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置
本技术涉及公路隧道建设
，具体为一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置。
技术介绍
在需要研究新型隧道支护形式，或隧道在复杂地质条件下的结构安全，而缺少可借鉴的方案时，通常进行缩尺比例试验来研究复杂围岩或新型隧道结构的力学特性。目前的试验方法通常将围岩与隧道分开进行，要么研究围岩下隧道结构的力学特性，要么研究隧道开挖下围岩的力学特性，缺少可以同时考虑隧道开挖对围岩和隧道结构的相互影响的试验装置。
技术实现思路
针对目前隧道模型试验方法的单一，本技术提供一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置及方法，能够在模拟隧道开挖的同时对隧道和围岩的力学特性进行同步研究。本技术是通过以下技术方案来实现：一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，包括模型箱，隧道模型和储液管；所述模型箱中填充有土体，隧道模型预埋在土体中，储液管呈层状缠绕在隧道模型的外壁上，储液管中灌注有液体，储液管的出口设置有量液器；所述土体中还埋置有多个压力测量装置，压力测量装置位于隧道模型的顶部。优选的，所述储液管的进液口上设置有注液开关和注液接头，注液接头与液体源连接，其出液口依次设置排液开关和排液接头，排液接头与量液器连接。优选的，所述储液管螺旋缠绕在隧道模型的外壁上，储液管的直径小于或等于隧道模型直径的五分之一。优选的，所述多个压力测量装置自下而上间隔设置，相邻两个压力测量装置的间距为0.5倍的隧道模型的外直径，最下层的压力测量装置距离隧道模型顶部的距离为0.5倍的隧道模型的外直径。优选的，所述压力测量装置为微型土压力盒。优选的，所述隧道模型的两端分别与模型箱的两个侧壁接触。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术提供的一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，通过在模型箱中填充土体，并在土体中预埋缠绕液体管的隧道模型和微型土压力盒，测量隧道开挖的变形量时，将储液管中的液体排出，通过液体的排出量计算隧道的变形量，同时读取微型土压力盒的压力值，根据隧道的变形量和微型土压力盒的压力值，即可得到围岩压力随围岩变形的动态变化关系。附图说明图1为本技术模拟隧道开挖变形控制的试验装置；图2为本技术模拟隧道开挖变形控制的试验装置的剖面图；图3为本技术的变形控制装置；图4为本技术的变形控制装置剖面图；图5为本技术隧道开挖变形控制方法中微型土压力盒布设图。图中：1-模型箱，2-土体，3-隧道模型，4-储液管，5-注液开关，6-注液接头，7-排液开关，8-排液接头，9-量液器。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。参阅图1-4，一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，包括模型箱1，隧道模型3和储液管4。所述模型箱1中填充有土体2，隧道模型3预埋在土体2中，储液管4呈层状缠绕在隧道模型3的外壁上，储液管4中灌注有液体，储液管4的出口设置有量液器9；所述土体2中还埋置有多个微型土压力盒10，微型土压力盒10位于隧道模型3的顶部。本技术提供的一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，通过在模型箱1中填充土体，并在土体中预埋缠绕液体管的隧道模型3和微型土压力盒10，测量隧道开挖的变形量时，将储液管中的液体排出，通过液体的排出量计算隧道的变形量，同时读取微型土压力盒10的压力值，根据隧道的变形量和微型土压力盒10的压力值，即可得到围岩压力随围岩变形的动态变化关系。该模拟隧道开挖变形控制的试验装置，能够弥补传统模型试验中对隧道或围岩受力特性单独模拟方法的不足，可以动态模拟隧道开挖时隧道模型与围岩的相互作用及力学特性，对复杂地质条件及新型隧道结构的应用研究提供更加丰富的测试数据，使的在模拟隧道开挖时，对围岩及隧道的力学特性评价更加可靠。所述储液管4的进液口和出液口均位于模型箱的外侧，进液口上设置有注液开关5和注液接头6，注液接头6与液体源连接，注液开关5控制进液口的打开或关闭。出液口依次设置排液开关7和排液接头8，排液接头8与量液器9连接。所述储液管螺旋缠绕在隧道模型3的外壁上，按所需变形量确定缠绕圈数及层数，储液管的直径不大于小于或等于隧道模型3直径的五分之一。所述储液管衬里材质为聚氨酯，外表面包裹亚麻编织物，储液管外表面标有刻度，最小刻度为毫米。储液管的进液口和出液口均自隧道模型3的内部穿出，所述隧道模型3为两端开口的桶状结构，隧道模型的长度与模型箱的长度相同，当隧道模型放置在模型箱中，隧道模型的两端分别与模型箱的两个侧壁接触，避免土体进入到隧道模型中。上下相邻两个微型土压力盒10的间距为0.5倍的隧道模型外直径，最下层的微型土压力盒10与隧道模型顶部的距离为0.5倍的隧道模型外直径。参阅图5，下面对本技术提供的一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置的试验方法进行详细的阐述，包括以下步骤：步骤1、打开注液开关5、排液开关7，通过注液接头6往储液管4注水，注满后依次关闭排液开关5、注液开关7。步骤2、将储液管4紧密的缠绕在隧道模型3的外面，按所需变形量确定缠绕圈数及层数，记录储液管缠绕隧道模型的初始刻度L1与终止刻度L2，根据L1和L2得到缠绕在隧道模型上的储液管的长度。步骤3、计算变形控制装置在模型箱中的位置，确定隧道模型3距离模型箱底部的高度h。步骤4、在所述模型箱1中逐层填筑土体2，按所需要求夯实。当土体2充填高度达到高度h时，将步骤2缠绕的储液管和隧道模型放置的模型箱中。步骤5、继续填入土体2，并在土体中自下而上间隔埋入多个微型土压力盒10，最下层的微型土压力盒10距离隧道顶部的距离为0.5倍的隧道模型外直径D，相邻两个微型土压力盒10的距离为0.5倍的隧道模型外直径D，土体直至填充至模型箱的上边缘，同时对多个微型土压力盒10从下往上依次编号p1、p2……。步骤6、打开排液开关7，排出储液管4中的液体的1/n，将排出的水用所述的量液器9收集，每半小时观察一次所有土压力盒10的读数，当连续两次的读数相同时，即土体的压力处于稳定状态，记录排出的体积V及每个微型土压力盒10的读数p。步骤7、重复步骤6，直至储液管中的液体完全排出，记录每次排出液体的量和对应的所有土压力盒10的读数。步骤8、根据隧道模型和储液管尺寸参数，将量液器9中的液体数量以体积的形式转换为隧道变形量，达到模拟隧道变形的目的，体积V按如下公式转换为隧道变形量s。其中，D为隧道模型的外径，d为储液管的直径，V液体的体积。步骤9、根据得到的所有隧道变形量s和对应的每个微型土压力盒10的压力参数，绘制隧道变形量s与土体的压力关系，得到围岩压力随围岩变形量的动态变化关系。本技术的模拟隧道开挖变形控制的试验装置及试验方法，能够弥补传统模型试验中对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)，隧道模型(3)和储液管(4)；/n所述模型箱(1)中填充有土体(2)，隧道模型(3)预埋在土体(2)中，储液管(4)呈层状缠绕在隧道模型(3)的外壁上，储液管(4)中灌注有液体，储液管(4)的出口设置有量液器(9)；/n所述土体(2)中还埋置有多个压力测量装置，压力测量装置位于隧道模型(3)的顶部。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)，隧道模型(3)和储液管(4)；
所述模型箱(1)中填充有土体(2)，隧道模型(3)预埋在土体(2)中，储液管(4)呈层状缠绕在隧道模型(3)的外壁上，储液管(4)中灌注有液体，储液管(4)的出口设置有量液器(9)；
所述土体(2)中还埋置有多个压力测量装置，压力测量装置位于隧道模型(3)的顶部。


2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，其特征在于，所述储液管(4)的进液口上设置有注液开关(5)和注液接头(6)，注液接头(6)与液体源连接，其出液口依次设置排液开关(7)和排液接头(8)，排液接头(8)与量液器(9)连接。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：华开成，王玉文，谢永利，胡昭，王超，王亚琼，来弘鹏，岳夏冰，颜小虎，刘欢，牛远清，王志超，薛勋强，余德强，
申请(专利权)人：长安大学，广东省路桥建设发展有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61