一种隧道多灾变综合模拟试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道多灾变综合模拟试验系统，通过设置综合控制单元、高地应力模拟单元、高地热模拟单元、高湿度模拟单元、突水模拟单元、地震灾害模拟单元和测试单元；在实验室内实现隧道工程的长期服役可靠性和安全性的加速试验评估，实现了多灾变因素的破坏预测及应急准备，具有灾变因素覆盖全、组合工况多、研究用途广等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道多灾变综合模拟试验系统
本专利技术属于土木工程试验
，具体涉及一种隧道多灾变综合模拟试验系统。
技术介绍
随着国民经济的蓬勃发展和基础建设的不断完善，中国隧道与地下工程得到高度发展，己经成为世界上隧道与地下工程建设规模最大、速度最快、难度最大的国家。中国国土面积广阔，地质状况和气候条件复杂，隧道修建和长期服役面临高地应力、高地热、土体含湿量较大高湿度)、强岩溶等复杂载荷作用。这些复杂地质载荷在隧道工程施工中严重威胁施工人员的生命财产安全和工程进度，还会影响隧道在地震、突水等灾变环境下的安全性。例如，在穿越高地应力区时，常常会发生软岩的大变形破坏等地质灾害，不仅会对隧道工程的设计、施工造成巨大的困难，还隐藏着巨大的安全隐患；高地热主要会带来岩层温度的升高，不仅会影响工程作业活动，还会导致温度附加应力从而引起衬砌结构开裂等破坏隧道工程整体稳定性问题；高湿度会加快钢轨锈蚀，使混凝土结构的耐久性降低，降低轨道、设备的可靠性；突水灾害中大量地下水突然集中涌入，对隧道施工造成严重威胁；地震灾害会引起隧道上下、水平振动，从而破坏结构稳定性。综上，开展隧道灾变模拟试验以研究隧道工程灾变环境下的安全性十分必要。目前，隧道工程的相关试验大多仅考虑应力场的作用，仅有少量物理模型试验同时引入了温度场和应力场，没有实现上述各类环境下多场耦合，也没有考虑交通量增大、汽车轴重增加、车速加快所带来的车辆对隧道路面破坏效应。因此急需研发出一种隧道多灾变综合模拟试验系统来解决以上问题。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术提供了一种隧道多灾变综合模拟试验系统。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种隧道多灾变综合模拟试验系统，包括：用于对各模拟单元的灾变载荷进行协调控制的综合控制单元；用于模拟隧道承受的周向地应力的高地应力模拟单元；用于模拟隧道路面下部地热效应影响的高地热模拟单元；用于模拟隧道内湿热空气作用的高湿度模拟单元；用于山体内地下水造成的喷水事故的突水模拟单元；用于模拟隧道遭受地震破坏情况的地震灾害模拟单元；用于实时获取模拟加载各物理量实际值的测试单元；其中，综合控制单元的输出端分别与高地应力模拟单元的输入端、高地热模拟单元的输入端、高湿度模拟单元的输入端、突水模拟单元的输入端、地震灾害模拟单元的输入端连接；综合控制单元的输入端均与测试单元的输出端连接；高地应力模拟单元的输出端、高地热模拟单元的输出端、高湿度模拟单元的输出端、突水模拟单元的输出端、地震灾害模拟单元的输出端均与测试单元的输入端连接。具体地，综合控制单元包括：用于将输入的灾变模拟要求生成控制加载曲线的交互模块；高速通信模块；实时运算模块；信号调制模块；安全保护模块；其中，交互模块的输出端与高速通信模块的输入端连接，高速通信模块的输出端与实时运算模块输入端连接，实时运算模块的输出端与信号调制模块输入端连接，信号调制模块的输出端与高地应力模拟单元的输入端、高地热模拟单元的输入端、高湿度模拟单元的输入端、突水模拟单元的输入端、地震灾害模拟单元的输入端连接，安全保护模块的信号输入端与测试单元的输出端连接，安全保护模块的信号输出端分别与实时运算模块输入端、交互模块的输入端连接。具体地，高地应力模拟单元包括：承力架；承力板；电动缸；试验件和多个承力板置于承力架内部，电动缸安装在承力架承力架上，试验件的底部置于高地热模拟单元上方，承力架的下方固定安装在高地热模拟单元上，多个承力板作用于试验件上的顶部和三个侧面；每一个承力板均通过球绞结构与电动缸的加载杆连接；。具体地，与试验件上的顶部和三个侧面的承力板均呈矩阵排布。具体地，高地热模拟单元包括：支撑平板；加热平板；加热平板包括填充材料、异型传热器、双芯加热线,双芯加热线缠绕安装在异型传热器上，填充材料包覆异型传热器、双芯加热线设置；异型传热器与穿过填充材料与支撑平板传热连接；隔热板；水冷板；油源；用于检测试验件温度的温度传感器；温度控制器；其中，试验件底部放置在支撑平板上，支撑平板、加热平板、隔热板、水冷板、油源从上至下依次连接，温度传感器的信号输出端与温度控制器的信号输入端连接，温度控制器的信号输出端与双芯加热线的信号输入端连接。具体地，高湿度模拟单元包括：供水调节阀；过滤水箱；过滤水箱内安装有过滤滤芯；加热水箱；加热水箱内安装有液位传感器和水箱加热器；蒸汽调节阀；蒸汽调节阀安装在加热水箱与开口式风道之间的风管上；风机；风机的出风口与加热水箱和开口式风道之间的风管连通；湿度控制器；湿度控制器的控制信号输出端分别与水箱加热器的控制信号输入端、蒸汽调节阀的控制信号输入端、风机的控制信号输入端连接；开口式风道；回收水箱；回风机；回收水箱；试验件置于开口式风道内；水源通过供水调节阀后与过滤水箱的入口连接，过滤水箱的出口与加热水箱连接，加热水箱通过风管与开口式风道的第一端连接，开口式风道第二端通过风管与回收水箱连接；回风机的出风口与开口式风道和回收水箱之间的风道连接。具体地，突水模拟单元包括：供水池；管道泵A；高压变频泵；蓄能器；调节阀；水回收过滤装置；管道泵B；冷却系统；其中，供水池的出水管道与管道泵A的进水口连接，管道泵A的出水口与高压变频泵的进水口连接，高压变频泵的出水口与蓄能器的进水口连接，蓄能器的出水口出水作用于试验件，作用后的水输入水回收过滤装置的入水口，水回收过滤装置的出水口与冷却系统的入水口连接，冷却系统的出水口与管道泵B的入水口连接，管道泵B的出水口与供水池的进水管道连接，一水压传感器和一水流速传感器安装在蓄能器的出水口管道上。具体地，测试单元包括：静态力传感器组件；应变片组件；温度传感器组件；湿度传感器组件；水压传感器；水流速传感器；加速度传感器组件；位移传感器组件；数据处理采集卡；工控机；其中，每一个承力板均通过球绞结构与一个静态力传感器组件的第一端连接，静态力传感器组件的第二端与电动缸的加载杆连接；应变片组件安装在试验件上；温度传感器组件安装在试验件底部；湿度传感器组件安装在试验件的隧道内；水压传感器和水流速传感器安装在蓄能器的出水口管道上；加速度传感器组件和位移传感器组件安装在地震灾害模拟单元上；静态力传感器组件的信号输出端、应变片组件的信号输出端、温度传感器组件的信号输出端、湿度传感器组件的信号输出端、水压传感器的信号输出端、水流速传感器的信号输出端、加速度传感器组件的信号输出端、位移传感器组件的信号输出端均与数据处理采集卡的信号输入端连接，数据处理采集卡的信号输出端分别与工控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，包括：/n用于对各模拟单元的灾变载荷进行协调控制的综合控制单元(1)；/n用于模拟隧道承受的周向地应力的高地应力模拟单元(2)；/n用于模拟隧道路面下部地热效应影响的高地热模拟单元(3)；/n用于模拟隧道内湿热空气作用的高湿度模拟单元(4)；/n用于山体内地下水造成的喷水事故的突水模拟单元(5)；/n用于模拟隧道遭受地震破坏情况的地震灾害模拟单元(6)；/n用于实时获取模拟加载各物理量实际值的测试单元(8)；/n其中，综合控制单元(1)的输出端分别与高地应力模拟单元(2)的输入端、高地热模拟单元(3)的输入端、高湿度模拟单元(4)的输入端、突水模拟单元(5)的输入端、地震灾害模拟单元(6)的输入端连接；综合控制单元(1)的输入端均与测试单元(8)的输出端连接；高地应力模拟单元(2)的输出端、高地热模拟单元(3)的输出端、高湿度模拟单元(4)的输出端、突水模拟单元(5)的输出端、地震灾害模拟单元(6)的输出端均与测试单元(8)的输入端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，包括：
用于对各模拟单元的灾变载荷进行协调控制的综合控制单元(1)；
用于模拟隧道承受的周向地应力的高地应力模拟单元(2)；
用于模拟隧道路面下部地热效应影响的高地热模拟单元(3)；
用于模拟隧道内湿热空气作用的高湿度模拟单元(4)；
用于山体内地下水造成的喷水事故的突水模拟单元(5)；
用于模拟隧道遭受地震破坏情况的地震灾害模拟单元(6)；
用于实时获取模拟加载各物理量实际值的测试单元(8)；
其中，综合控制单元(1)的输出端分别与高地应力模拟单元(2)的输入端、高地热模拟单元(3)的输入端、高湿度模拟单元(4)的输入端、突水模拟单元(5)的输入端、地震灾害模拟单元(6)的输入端连接；综合控制单元(1)的输入端均与测试单元(8)的输出端连接；高地应力模拟单元(2)的输出端、高地热模拟单元(3)的输出端、高湿度模拟单元(4)的输出端、突水模拟单元(5)的输出端、地震灾害模拟单元(6)的输出端均与测试单元(8)的输入端连接。


2.根据权利要求1所述的一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，综合控制单元(1)包括：
用于将输入的灾变模拟要求生成控制加载曲线的交互模块(11)；
高速通信模块(12)；
实时运算模块(13)；
信号调制模块(14)；
安全保护模块(15)；
其中，交互模块(11)的输出端与高速通信模块(12)的输入端连接，高速通信模块(12)的输出端与实时运算模块(13)输入端连接，实时运算模块(13)的输出端与信号调制模块(14)输入端连接，信号调制模块(14)的输出端与高地应力模拟单元(2)的输入端、高地热模拟单元(3)的输入端、高湿度模拟单元(4)的输入端、突水模拟单元(5)的输入端、地震灾害模拟单元(6)的输入端连接，安全保护模块(15)的信号输入端与测试单元(8)的输出端连接，安全保护模块(15)的信号输出端分别与实时运算模块(13)输入端、交互模块(11)的输入端连接。


3.根据权利要求1所述的一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，高地应力模拟单元(2)包括：
承力架(21)；
承力板(22)；
电动缸(23)；
试验件(9)和多个承力板(22)置于承力架(21)内部，电动缸(23)安装在承力架(21)承力架(21)上，试验件(9)的底部置于高地热模拟单元(3)上方，承力架(21)的下方固定安装在高地热模拟单元(3)上，多个承力板(22)作用于试验件(9)上的顶部和三个侧面；每一个承力板(22)均通过球绞结构与电动缸(23)的加载杆连接；。


4.根据权利要求3所述的一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，与试验件(9)上的顶部和三个侧面的承力板(22)均呈矩阵排布。


5.根据权利要求1所述的一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，高地热模拟单元(3)包括：
支撑平板(31)；
加热平板(32)；加热平板(32)包括填充材料(321)、异型传热器(322)、双芯加热线(323),双芯加热线(323)缠绕安装在异型传热器(322)上，填充材料(321)包覆异型传热器(322)、双芯加热线(323)设置；异型传热器(322)与穿过填充材料(321)与支撑平板(31)传热连接；
隔热板(33)；
水冷板(34)；
油源(35)；
用于检测试验件(9)温度的温度传感器；
温度控制器；
其中，试验件(9)底部放置在支撑平板(31)上，支撑平板(31)、加热平板(32)、隔热板(33)、水冷板(34)、油源(35)从上至下依次连接，温度传感器的信号输出端与温度控制器的信号输入端连接，温度控制器的信号输出端与双芯加热线(322)的信号输入端连接。


6.根据权利要求1所述的一种隧道多灾变综合模拟试验系统，其特征在于，高湿度模拟单元(4)包括：
供水调节阀(41)；
过滤水箱(42)；过滤水箱(42)内安装有过滤滤芯(43)；
加热水箱(44)；加热水箱(44)内安装有液位传感器(45)和水箱加热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，毛勇建，鲁亮，李思忠，袁彪，吴静，张平，严侠，刘伟，李晓琳，胡勇，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51