一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法，所述的试验系统包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板，且钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器。本发明专利技术结构简单、强度高、水密性好，能够模拟真实情况下渗流场与应力场，可直接观察止水结构在施工缺陷情况下的突水与土层位移情况。该装置可模拟平面及准三维流固耦合模型试验。

【技术实现步骤摘要】
一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法
本专利技术属于地铁工程领域，具体涉及一种非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法。
技术介绍
“联合国水事会议”已向全世界发出了严重警告：全球性水危机，已成为继石油危机之后下一个深刻的社会危机。近些年来，随着城市规模的扩大和城市人口的增多，地面交通日益拥挤，城市轨道交通已成为解决城市交通拥挤的有效途径。大规模的城市轨道交通建设，必然导致大范围的降水。北京是一个特大型缺水城市，地下水多年超采，已经形成了约1000平方公里漏斗区，并且随着社会的发展，水的缺口压力越来越大。在如此强劲的环境要求下，对于地铁建设，遇水必降的传统做法一去不复返，而非降水施工应运而生。非降水施工的做法为：在隧道或地铁车站施工范围外围施作一圈止水结构，如若地下含水层较厚，还需施作封底止水结构，以便将施工区域的地下水与外源地下水隔绝。通过此工法，即可实现非降水施工，尽可能的保护地下水资源，但随之带来的便是暗挖施工的风险问题，止水结构背后水压以及止水结构的止水效果给暗挖工程带来了不确定的风险隐患。综上所述，非降水施工的模型试验已迫在眉睫，但现有的模型试验系统模拟的仍是模型箱全范围内的流固耦合，还未能实现止水结构一侧排水，另一侧任意施加水压的功能，并且现有的模型箱还未能方便的任意调整开挖洞径的大小。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术的不足而提出，其目的是提供一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法。本专利技术的技术方案是：一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统，包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板，且钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器。所述的高强度刚性试验结构架由底座，角柱以及连接梁构成。所述的高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内，并由前后边墙、两侧山墙、底板和顶盖连接组成；在钢化玻璃密封箱一侧山墙设置有进水口，另一侧山墙设置有出水口，且在前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃密封箱内部设置有横向和纵向的短挡板。所述的压力水箱内设置有水压加载装置，水压加载装置与橡胶输水管相连，同时压力箱上设置有压力读数表。一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法，包括以下步骤：(i)试验台架的组装，将高强度钢化玻璃密封箱密贴安装在高强度刚性试验结构内部；(ii)将流固耦合相似材料与止水相似材料根据实际施工情况铺设于高强度钢化玻璃箱中，夯实，并埋设相应的传感器，连接到计算机控制平台；止水相似材料铺设时应设置在横向短挡板两侧，止水相似材料将两侧的流固耦合相似材料隔绝开；满足预先设计厚度之后，利用进水口向模型箱内注水，待水位到达设计高度后，利用顶盖将钢化玻璃箱密封，并采用橡胶输水管通过压力水箱向铺设流固耦合相似材料的高强度钢化玻璃箱中加压，达到预定的水压力后，打开出水口，并进行流固耦合试验。(iii)浸泡使流固耦合相似材料饱和，并使强度和渗流量达到稳定，进行隧道的开挖。(iv)在开挖过程中，实时监测、采集传感器数据，并通过计算机控制平台分析处理数据。本专利技术钢化玻璃密封箱前后边墙设置的多扇玻璃门尺寸为0.3m×0.3m，可满足不同断面形式以及不同断面尺寸隧道的开挖，同时玻璃门可任意拆除更换，方便试验开挖的进行。本专利技术可根据钢化玻璃密封箱一侧山墙设置的进水口用于对模型箱进行注水与加压，同时还可以进行不同位置承压水的模拟试验；出水口用于模拟实际施工中将止水帷幕形成的密闭空间内部水抽出的过程。钢化玻璃密封箱内部的横向和纵向挡板可以防止水流通过相似材料与钢化玻璃密封箱之间的孔隙进行渗流。本专利技术的模型尺寸为：长×宽×高＝1.8m×0.6m×1.5m，高强度钢化玻璃密封箱密贴于高强度刚性试验结构内部，保证试验架结构稳定，不会发生形变。本专利技术操作简单，组装方便，密封性好，可以根据现场不同的实际情况进行试验的灵活设计与模拟。透明高强度钢化玻璃密封箱便于观察水的作用下土体的变形、位移以及突水情况，与前人研究相比，更加接近于实际工程，得出的非降水暗挖施工的模型试验系统适用范围更广。本专利技术的有益效果如下：本专利技术能成功的模拟平面及准三轴流固耦合模型试验本专利技术采用的高强度透明钢化玻璃密封箱，实现了试验过程的可视化，便于观察试验过程中土体的变形、位移及突水现象。本专利技术采用的高强度透明钢化玻璃密封箱密封性好，能够保证试验的顺利进行。本专利技术采用的压力水箱注水装置设有压力指示表，可以直观的显示注水压力。本专利技术采用的多扇玻璃门可满足不同断面形式以及不同断面尺寸隧道的开挖，同时玻璃门可任意拆除更换，方便试验开挖的进行。附图说明图1是本专利技术的主视图图2是本专利技术的右视图图3是本专利技术的左视图图4是本专利技术的俯视图附图中关于构件、材料编号说明：1、高强度刚性试验结构架2、高强度钢化玻璃密封箱3、进水口4、出水口5、传感器线孔6、短挡板7、玻璃门8、输水管9、压力水箱具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。如图1～4所示，一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法，包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱，计算机控制平台，压力水箱。所述的高强度刚性试验结构架由底座，角柱以及连接梁构成；所述的高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内，由前后边墙、底板、两侧山墙和顶盖构成；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；所述的钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板；所述的钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；所述的压力水箱内设置有水压加载装置，水压加载装置与橡胶输水管相连，同时压力箱上设置有压力读数表；所述的钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器；在开挖试验过程中，实时监测、采集传感器数据，并通过计算机控制平台分析处理数据。一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法，包括以下步骤：(i)试验台架的组装，将高强度钢化玻璃密封箱密贴安装在高强度刚性试验结构内部；(ii)将流固耦合相似材料与止水相似材料根据实际施工情况铺设于高强度钢化玻璃箱中，夯实，并埋设相应的传感器，连接到计算机控制平台；止水相似材料铺设时应设置在横向短挡板两侧，止水相似材料将两侧的流固耦合相似材料隔绝开；满足预先设计厚度之后，利用进水口向模型箱内注水，待水位到达设计高度后，利用顶盖将钢化玻璃箱密封，并采用橡胶输水管通过压力水箱向铺设流固耦合相似材料的高强度钢化玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统，其特征在于：包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板，且钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统，其特征在于：包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板，且钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器。


2.根据权利要求1所述的一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统，其特征在于：所述的高强度刚性试验结构架由底座，角柱以及连接梁构成。


3.根据权利要求1所述的一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统，其特征在于：所述的高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内，并由前后边墙、两侧山墙、底板和顶盖连接组成；在钢化玻璃密封箱一侧山墙设置有进水口，另一侧山墙设置有出水口，且在前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃密封箱内部设置有横向和纵向的短挡板。


4.根据权利要求1所述的一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶连金，张宇，赵旭，宋卓华，韩学川，安韶，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11