一种隧道模型试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及隧道工程测试技术领域，公开了一种隧道模型试验装置，包括：模型箱、底部浸水增湿系统、双向加载系统和顶部加载系统，模型箱的左右两侧及顶部开放，模型箱内可拆卸连接有横向的带孔隔板，模型箱的底部与横向隔板之间形成底部空腔，模型箱内放置有隧道模型，底部浸水增湿系统与底部空腔连通，双向加载系统包括沿竖直方向设置于模型箱内的左侧压板和右侧压板，左侧压板和右侧压板沿水平方向与模型箱滑动配合，顶部加载系统设置于模型箱内。本发明专利技术装置能够较为全面地模拟隧道在自然地层中复杂多样的受力情况，更加符合实际情况，有效提高了模拟试验对隧道研究的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道模型试验装置
本专利技术涉及隧道工程测试
，特别涉及一种隧道模型试验装置。
技术介绍
隧道是修建在地下、水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。随着工程设备和技术的发展，隧道已成为一种十分常见的建筑形式。模型试验是发展隧道相关技术的重要手段，现场隧道模型试验受场地、人为因素等影响，成本较大且费时较长，室内隧道模型试验具有成本低和操作简易等优点，是研究隧道受力机理的有效方法，能够直观地观测到隧道变形破坏过程，为隧道研究提供重要依据。目前，在隧道模型加载试验中，大多数试验装置忽略地下水对隧道衬砌的作用，因而不能全面模拟隧道在地层中的状态；国内外隧道模型装置多采用直接向隧道衬砌施加荷载的加载方式，忽略了隧道在围岩地应力场中衬砌与围岩的相互作用因素，无法准确模拟隧道在地层中的受力变形情况。而忽略了地下水影响以及衬砌与围岩相互作用的模型试验，所得出的试验数据是不全面的，对隧道相关技术发展的参考价值有限。因此，有必要将地下水作用以及隧道衬砌和围岩的相互作用考虑到隧道模型试验中，以提高对隧道相关研究的参考价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种隧道模型试验装置，同时考虑衬砌和围岩相互作用，以隧道衬砌和围岩共同作为模拟对象，基于土质围岩的底部增湿隧道模型试验较真实地模拟了隧道的实际变形特征，解决了以往隧道模型试验忽略地下水作用以及直接对隧道衬砌直接施加荷载隧道受力变形不符合实际的问题。本专利技术提供了一种隧道模型试验装置，包括：模型箱，左右两侧及顶部开放，模型箱内可拆卸连接有横向的带孔隔板，模型箱的底部与横向隔板之间形成底部空腔，模型箱内放置有隧道模型，隧道模型放置于带孔隔板之上，隧道模型包括隧道衬砌模型以及填充于隧道衬砌模型外周的围岩模拟材料；底部浸水增湿系统，与底部空腔连通，用于为底部空腔提供水流或水蒸气，以使水流或水蒸气透过带孔隔板进入隧道模型中；双向加载系统，包括沿竖直方向设置于模型箱内的左侧压板和右侧压板，左侧压板和右侧压板沿水平方向与模型箱滑动配合，左侧压板和右侧压板分别向靠近隧道模型的方向移动以对隧道模型左右两侧施加均匀或不均匀的推力；顶部加载系统，设置于模型箱内，以对隧道模型顶部施加均匀荷载。可选的，底部浸水增湿系统包括：连接管路，第一端与底部空腔内的进液口连通；水流/水蒸气分路转换控制组件，连接于连接管路的第二端，通过连接管路向底部空腔内通入水流或水蒸气。可选的，水流/水蒸气分路转换控制组件包括：清水箱，设置于模型箱的外部，连接管路包括进液管、进气管和排液管，清水箱连接于进液管的第一端，进液管的第二端与进液口连通，进液管沿清水箱向进液口的方向上依次连接有水泵、水流阀门、第一单向阀和流量表，进气管的第一端连接于水泵和水流阀门之间的进液管上，进气管的第二端连接于水流阀门和第一单向阀之间的进液管上，进气管上依次设有水蒸汽发生器进水阀门、水蒸气发生器和第二单向阀；废水箱，设置于模型箱外部，排液管的第一端与废水箱连通，排液管的第二端连接于流量表和进液口之间的进液管上，排液管上连接有排水阀门。可选的，双向加载系统包括：液压油缸组，一部分与左侧压板连接，另一部分与右侧压板连接，以推动左侧压板或右侧压板沿水平方向移动；液压控制系统，与液压油缸组连接，以改变液压油缸组中的油压。可选的，液压油缸组包括：I号液压油缸和II号液压油缸，分别通过油缸支座固定于模型箱的左侧，左侧压板分别与I号液压油缸和II号液压油缸伸出的活塞铰接；III号液压油缸和IV号液压油缸，分别通过油缸支座固定于模型箱的右侧，右侧压板分别与III号液压油缸和IV号液压油缸伸出的活塞铰接，I号液压油缸、II号液压油缸、III号液压油缸及IV号液压油缸分别与液压控制系统通过连接管相连接。可选的，左侧压板和右侧压板相对的侧面分别可拆卸连接有压力计，压力计连接有静态应变测试仪。可选的，顶部加载系统包括：反压板，固定于模型箱的顶部；加压气囊，放置于反压板和隧道模型之间；可调压气泵，通过输气管线与加压气囊连接。可选的，加压气囊和隧道模型之间活动设置有柔性垫层。可选的，底部空腔内固定有竖向肋板，竖向肋板支撑于带孔隔板的下端。可选的，模型箱包括：正面板、背面板、底板以及支撑框架，正面板固定于支撑框架的前端，背面板固定于支撑框架的后端，底板固定于支撑框架的底端，正面板及背面板上均设有坐标网格。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将底部浸水增湿系统连通底部空腔可以向底部空腔中通入水或者水蒸气，从而对模型实施浸水试验或增湿试验，模拟地下水位，本专利技术以隧道及其围岩为模拟对象，考虑了隧道和围岩的相互作用，对围岩模拟材料施加荷载，较好地还原了地应力场，通过双向加载系统实现了隧道模型在实际地层中受多向不均匀荷载的作用，较真实地模拟了隧道的实际受力变形情况，通过对模型顶部进行均匀加载，通过顶部加载系统来对模型顶部施加载荷，能够较为准确地模拟实际情况，本专利技术试验装置操作简单，功能齐全，能够较为全面地模拟隧道在自然地层中复杂多样的受力情况，更加符合实际情况，有效提高了模拟试验对隧道研究的参考价值。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置的主视图；图2是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置的左视图；图3是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置的俯视图；图4是图1中的A-A向剖面图；图5是图1中的B-B向剖面图。图6是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置的水流/水蒸气分路转换控制组件的结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置的液压控制系统的结构示意图；图8是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置中的带孔隔板的结构示意图；图9是本专利技术实施例提供的一种隧道模型试验装置中的封闭板的结构示意图。附图标记说明：1-模型箱；2-支撑框架；3-正面板；4-背面板；5-油缸支座；6-I号液压油缸；7-II号液压油缸；8-III号液压油缸；9-IV号液压油缸；10-活塞；11-左侧压板；12-右侧压板；13-滑动轨道；14-反压板；15-加压气囊；16-带孔隔板；17-底部空腔；18-进液口；19-围岩模拟材料；20-隧道衬砌模型；21-密封圈；22-压力计；23-竖向肋板；24-可调压气泵；25-连接管；26-液压控制系统；260-粗滤油器；261-油泵；262-油箱；263-第三单向阀；264-细滤油器；265-溢流阀；266-压力表；267-方向控制阀；268-进油管线；269-回油管线269；27-连接管路；270-进液管；271-进气管；272-排液管；28-水流/水蒸气分路转换控制组件；280-清水箱；281-水泵；282-水流阀门；283-第一单向阀；284-流量表；285-水蒸汽发生器进水阀门；286-水蒸气发生器；287-第二单向阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道模型试验装置，其特征在于，包括：/n模型箱(1)，左右两侧及顶部开放，所述模型箱(1)内可拆卸连接有横向的带孔隔板(16)，所述模型箱(1)的底部与所述横向隔板(16)之间形成底部空腔(17)，所述模型箱(1)内放置有隧道模型，所述隧道模型放置于所述带孔隔板(16)之上，所述隧道模型包括隧道衬砌模型(20)以及填充于所述隧道衬砌模型(20)外周的围岩模拟材料(19)；/n底部浸水增湿系统，与所述底部空腔(17)连通，用于为所述底部空腔(17)提供水流或水蒸气，以使所述水流或水蒸气透过所述带孔隔板(16)进入所述隧道模型中；/n双向加载系统，包括沿竖直方向设置于所述模型箱(1)内的左侧压板(11)和右侧压板(12)，所述左侧压板(11)和右侧压板(12)沿水平方向与所述模型箱(1)滑动配合，所述左侧压板(11)和右侧压板(12)分别向靠近所述隧道模型的方向移动以对所述隧道模型左右两侧施加均匀或不均匀的推力；/n顶部加载系统，设置于所述模型箱(1)内，以对所述隧道模型顶部施加均匀荷载。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道模型试验装置，其特征在于，包括：
模型箱(1)，左右两侧及顶部开放，所述模型箱(1)内可拆卸连接有横向的带孔隔板(16)，所述模型箱(1)的底部与所述横向隔板(16)之间形成底部空腔(17)，所述模型箱(1)内放置有隧道模型，所述隧道模型放置于所述带孔隔板(16)之上，所述隧道模型包括隧道衬砌模型(20)以及填充于所述隧道衬砌模型(20)外周的围岩模拟材料(19)；
底部浸水增湿系统，与所述底部空腔(17)连通，用于为所述底部空腔(17)提供水流或水蒸气，以使所述水流或水蒸气透过所述带孔隔板(16)进入所述隧道模型中；
双向加载系统，包括沿竖直方向设置于所述模型箱(1)内的左侧压板(11)和右侧压板(12)，所述左侧压板(11)和右侧压板(12)沿水平方向与所述模型箱(1)滑动配合，所述左侧压板(11)和右侧压板(12)分别向靠近所述隧道模型的方向移动以对所述隧道模型左右两侧施加均匀或不均匀的推力；
顶部加载系统，设置于所述模型箱(1)内，以对所述隧道模型顶部施加均匀荷载。


2.如权利要求1所述的隧道模型试验装置，其特征在于，所述底部浸水增湿系统包括：
连接管路(27)，第一端与所述底部空腔(17)内的进液口(18)连通；
水流/水蒸气分路转换控制组件(28)，连接于所述连接管路(27)的第二端，通过所述连接管路(27)向所述底部空腔(17)内通入水流或水蒸气。


3.如权利要求2所述的隧道模型试验装置，其特征在于，所述水流/水蒸气分路转换控制组件(28)包括：
清水箱(280)，设置于所述模型箱(1)的外部，所述连接管路(27)包括进液管(270)、进气管(271)和排液管(272)，所述清水箱(280)连接于所述进液管(270)的第一端，所述进液管(270)的第二端与所述进液口(18)连通，所述进液管(270)沿所述清水箱(280)向所述进液口(18)的方向上依次连接有水泵(281)、水流阀门(282)、第一单向阀(283)和流量表(284)，所述进气管(271)的第一端连接于所述水泵(281)和水流阀门(282)之间的进液管(270)上，所述进气管(271)的第二端连接于所述水流阀门(282)和第一单向阀(283)之间的进液管(270)上，所述进气管(271)上依次设有水蒸汽发生器进水阀门(285)、水蒸气发生器(286)和第二单向阀(287)；
废水箱(288)，设置于所述模型箱(1)外部，所述排液管(272)的第一端与所述废水箱(288)连通，所述排液管(272)的第二端连接于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣建，师金锋，李荣锦，刘军定，王磊，谢全荣，白维仕，张世斌，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61