一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统技术方案

一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，包括顶部设置注水口的试验箱、预设有马蹄形隧道的岩体模型和卸荷装置，所述岩体模型放置在试验箱的下部，所述卸荷装置包括电机组、由两支撑杆与一推杆铰接而成的Y形钢架、可组合成马蹄形的多块挡板和与挡板数量匹配的中空的滑轨，所述滑轨的头端均设置在一固定板上，滑轨的尾端从钢化玻璃板处伸入至马蹄形隧道内，滑轨内设置有延伸出滑轨头端的传动杆，所述传动杆分别与电机组内的各电机的输出端相连接。本发明专利技术用来模拟实现不同海水压力下岩体三维应力状态的瞬态卸荷，探究不同开挖卸荷顺序对海底隧道围岩的变形影响，揭示海底岩体在应力瞬态卸荷条件下的松动变形状态和相关数据。瞬态卸荷条件下的松动变形状态和相关数据。瞬态卸荷条件下的松动变形状态和相关数据。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统


[0001]本专利技术涉及一种海底隧道卸荷的模拟试验
，尤其涉及一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统。

技术介绍

[0002]随着国民经济的发展，对跨海交通的需求与日俱增。海底隧道由于其不受台风影响、对环境影响小、不影响航运、战争时不易破坏等优点，成为了跨海交通方案的首选。在海底隧道开挖的过程中，钻爆技术是应用最为广泛的一种开挖技术，海底隧道围岩在爆破开挖过程中会产生地应力瞬态卸荷效应。地应力的瞬态卸荷引起围岩产生较大变形，并可能发生破坏，目前海底隧道开挖产生瞬态卸荷时围岩的稳定和松动变形控制以及隧道的透水控制仍然是一个难题。
[0003]虽然已有大量室内试验对爆破开挖瞬态卸荷现象进行研究，但由于海底的富水环境及海底隧道上部海水边界条件难以实现，所以尚没有模拟海底隧道开挖卸荷的试验系统。以前的卸荷装置不能满足海洋环境下特殊边界条件的要求；同时不能实现隧道各个部位的单独卸荷或者分步卸荷。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提出模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，具体技术方案为：
[0005]一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，包括顶部设置注水口的试验箱、预设有马蹄形隧道的岩体模型和卸荷装置，所述岩体模型放置在试验箱的下部，所述试验箱的上部注入适当深度的水，所述试验箱正对马蹄形隧道的一侧面为钢化玻璃板，所述钢化玻璃板上预留有与马蹄形隧道相一致的开口；所述卸荷装置包括电机组、由两支撑杆与一推杆铰接而成的Y形钢架、可组合成马蹄形的多块挡板和与挡板数量匹配的中空的滑轨，所述滑轨的头端均设置在一固定板上，滑轨的尾端从钢化玻璃板的开口处伸入至马蹄形隧道内，滑轨内设置有延伸出滑轨头端的传动杆，所述传动杆分别与电机组内的各电机的输出端相连接，在马蹄形隧道内的所述传动杆的周圈间断地设置有多个从动钢块，所述滑轨上设置有可滑移的滑块，所述滑块设置有延伸至滑轨内且可与从动钢块重叠或错开的载荷钢块，所述滑轨的尾端套设有弹簧，所述弹簧的一端固定于滑轨上，另一端固定于滑块上；所述挡板紧贴马蹄形隧道的内壁处设置，相邻所述挡板之间预留一定间隙，每块所述挡板均设置两个Y形钢架，所述Y形钢架的两支撑杆固定于挡板上，其中一Y形钢架的推杆通过铰支座固定于滑轨尾端，另一Y形钢架的推杆通过铰支座固定于滑块上。
[0006]进一步地，所述岩体模型由砂、水泥、重晶石粉及各种添加剂制作而成。
[0007]进一步地，所述岩体模型、钢化玻璃板与试验箱之间填充密封垫圈或粘贴密封胶。
[0008]进一步地，所述岩体模型内预埋有可监测其应力变形和渗透压力数据的光纤传感器。
[0009]进一步地，所述注水口处连接有可提供水压的气液复合加载装置。
[0010]进一步地，所述电机组设置有可控制其内各电机单独运行、同时运行或次序运行的控制盒。
[0011]进一步地，所述从动钢块、载荷钢块的截面为十字形，二者相互重叠时承载荷载，二者相互错开时实现瞬态卸荷。
[0012]进一步地，所述从动钢块、载荷钢块处于相互重叠的状态时，所述弹簧为压缩状态。
[0013]进一步地，所述挡板包括两块圆弧形钢板和三块方形钢板，以组装成马蹄形挡板。
[0014]有益效果：
[0015]1.本专利技术用来模拟实现不同海水压力下岩体三维应力状态的瞬态卸荷，使得岩体模型产生较大的振动和应变率，符合实际工程中的情况，更具有研究价值及参考意义。
[0016]2.本专利技术可根据不同试验需求，灵活设计不同形状和尺寸的节理岩体模型，探究不同开挖卸荷顺序对海底隧道围岩的变形影响，揭示海底岩体在应力瞬态卸荷条件下的松动变形状态。
[0017]3.本专利技术水压采用气液加载装置提供，实现岩体模型卸荷变形时保持水压不变，更加符合实际情况。在岩体模型的内部埋设有各种光纤传感器，可以传输多种应力变形和渗压数据。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的整体示意图。
[0019]图2为本专利技术的剖面图。
[0020]图3为本专利技术的卸荷装置整体示意图。
[0021]图4为本专利技术的滑轨、传动杆连接示意图。
[0022]图5为本专利技术的从动钢块、载荷钢块截面图。
[0023]图6为本专利技术的马蹄形挡板利用Y形钢块支撑示意图。
[0024]图中：1试验箱，2岩体模型，3马蹄形隧道，4注水口，5气液复合加载装置，6光纤传感器，7钢化玻璃板，8密封垫圈，9密封胶，10电机组，11Y形钢架，11a支撑杆，11b推杆，11c铰支座，12挡板，12a圆弧形钢板，12b方形钢板，13滑轨，14固定板，15传动杆，16从动钢块，17滑块，18载荷钢块，19弹簧。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步描述：
[0026]如图1、2所示，一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，包括顶部设置注水口4的试验箱1、预设有马蹄形隧道3的岩体模型2和卸荷装置，所述岩体模型2放置于试验箱1的下部，所述试验箱1的上部注入适当深度的水，用密封垫圈8密封试验箱1的顶部；当试验模拟海水深度超过试验箱1所能提供的水头高度时，可在所述注水口4处连接有可提供水压的气液复合加载装置5，以提供剩余水压，同时也可保证岩体模型2卸荷变形时保持水压不变，更加符合实际情况。所述岩体模型2由砂、水泥、重晶石粉及各种添加剂制作而成，所述岩体模型2内预埋有可监测其应力变形和渗透压力数据的光纤传感器6。所述试验箱1正对马蹄
形隧道3的一侧面为钢化玻璃板7，以方便观测，所述钢化玻璃板7上预留有与马蹄形隧道3相一致的开口；所述岩体模型2从试验箱1的上部放入，卸荷装置在钢化玻璃板7的预留开口处安装；所述岩体模型2、钢化玻璃板7与试验箱1之间填充密封垫圈8或粘贴密封胶9，防止有水渗入接缝内。
[0027]如图3-6所示，所述卸荷装置包括电机组10、由两支撑杆11a与一推杆11b铰接而成的Y形钢架11、可组合成马蹄形的多块挡板12和与挡板12数量匹配的中空的滑轨13。
[0028]具体地，如图3、4所示，所述滑轨13的右端均设置在一固定板14上，滑轨13的左端从钢化玻璃板7的开口处伸入至马蹄形隧道3内，滑轨13内设置有延伸出滑轨13右端的传动杆15，所述传动杆15分别与电机组10内的各电机的输出端相连接，所述电机组10设置有可控制其内各电机单独运行、同时运行或次序运行的控制盒，以使各传动杆15模拟不同的施工状态。
[0029]如图4、5所示，在马蹄形隧道3内的所述传动杆15的周圈间断地设置有多个从动钢块16，所述滑轨13上设置有可滑移的滑块17，所述滑块17设置有延伸至滑轨13内且可与从动钢块16重叠或错开的载荷钢块18；所述滑轨13的左端套设有弹簧19，所述弹簧19的一端固定于滑轨13上，另一端固定于滑块17上。本实施例中，所述从动钢块16、载荷钢块18的截面为十字形，二者相互重叠时为初始状态，并承载水压对挡板12形成的载荷，此时的弹簧19为压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，其特征在于：包括顶部设置注水口的试验箱、预设有马蹄形隧道的岩体模型和卸荷装置，所述岩体模型放置在试验箱的下部，所述试验箱的上部注入适当深度的水，所述试验箱正对马蹄形隧道的一侧面为钢化玻璃板，所述钢化玻璃板上预留有与马蹄形隧道相一致的开口；所述卸荷装置包括电机组、由两支撑杆与一推杆铰接而成的Y形钢架、可组合成马蹄形的多块挡板和与挡板数量匹配的中空的滑轨，所述滑轨的头端均设置在一固定板上，滑轨的尾端从钢化玻璃板的开口处伸入至马蹄形隧道内，滑轨内设置有延伸出滑轨头端的传动杆，所述传动杆分别与电机组内的各电机的输出端相连接，在马蹄形隧道内的所述传动杆的周圈间断地设置有多个从动钢块，所述滑轨上设置有可滑移的滑块，所述滑块设置有延伸至滑轨内且可与从动钢块重叠或错开的载荷钢块，所述滑轨的尾端套设有弹簧，所述弹簧的一端固定于滑轨上，另一端固定于滑块上；所述挡板紧贴马蹄形隧道的内壁处设置，相邻所述挡板之间预留一定间隙，每块所述挡板均设置两个Y形钢架，所述Y形钢架的两支撑杆固定于挡板上，其中一Y形钢架的推杆通过铰支座固定于滑轨尾端，另一Y形钢架的推杆通过铰支座固定于滑块上。2.根据权利要求1所述的一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新平，裴晨浩，罗忆，黄俊红，王娜娜，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：