一种多功能隧道模型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多功能隧道模型试验装置，用于隧道开挖、支护过程中围岩变形规律与支护结构的支护参数、支护特性的研究；其特点是，由试验平台、加载主体结构、框架主体结构和模型辅助构件四部分组成；整个隧道模型可划分为三个试验模块，分别模拟隧道的开挖、初次支护、二次支护的实际状态,也可以模拟不同开挖方式以及不同含水量情况下多种断面形式的隧道开挖与支护特性；可通过透明玻璃板观察围岩受力时隧道洞壁以及不同阶段支护结构的变形规律和受力特点，可以使试验研究更加贴近实际工况，对隧道工程实践具有一定的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能隧道模型试验装置
本技术涉及隧道工程专业科研试验研究
，具体地讲是一种多功能隧道模型试验装置；用于隧道开挖、支护过程中围岩变形规律与支护结构的支护参数、支护特性的研究，能综合反映隧道围岩变形、围岩受力特点、监控量测试验模型中支护结构的受力特点及变形规律。
技术介绍
随着社会和科技的发展，交通运输的方式也日益变化。在当前城市中，地下铁路的开发利用越来越被人们所重视；在城市之外，山岭隧道的修建规模与之前相比也越来越庞大；但不论是城市地铁还是山岭隧道都因发展迅速而造成了在隧道设计、施工等方面新的亟需解决的技术难题。此外，在隧道的实际施工过程中，许多关键部位施工较难以直观的观摩。由此，模型试验是一种研究如何解决隧道设计、施工等方面问题的有效手段，通过模型试验可得到不同工况下对隧道受力变形的影响规律；目前，模型试验还是空白。
技术实现思路
鉴于现有技术和实际条件的不足，本技术的目的是提供一种多功能隧道模型试验装置，且能呈现隧道施工中的各个组件的布置规律、受力特点、各个工序的结构特点，从而为实际工程设计与施工的研究提供支持。本技术提供的技术方案是：一种多功能隧道模型试验装置，其特殊之处在于，由试验平台、加载主体结构、框架主体结构组成；所述试验平台，包括底板，所述底板上部固定模拟隧道甬道，模拟隧道甬道内部设置有柔性薄板和刚性薄板，所述模拟隧道甬道外壁与锚杆相连；所述模拟隧道甬道外围包裹在岩土介质中，所述岩土介质外侧设置有固定在底板上的加载左侧板、加载右侧板和加载上板，加载左侧板、加载右侧板、加载上板和底板的相邻板之间连接滑动斜支撑；所述加载主体结构，由水平加载装置和垂直加载装置组成；所述水平加载装置包括框架立杆，所述框架立杆上固定水平加载装置滑道，水平加载装置滑道连接第一加载装置，所述第一加载装置与第一斜撑的一端连接，第一斜撑的另一端连接第一加载钢板，所述第一加载钢板上设第一钢性杆，第一加载钢板下部连接加载滑动台；所述垂直加载装置包括钢横梁，在钢横梁上固定垂直加载装置滑道，所述垂直加载装置滑道连接第二加载装置，所述第二加载装置与第二斜撑的一端连接，第二斜撑的另一端连接第二加载钢板，所述第二加载钢板上设第二钢性杆；所述框架主体结构，包括底板，所述底板上固定框架立杆，所述框架立杆顶部连接钢横梁，所述钢横梁与框架立杆、框架立杆与底板的拐角处连接斜支撑；所述底板正下方布设排水管，底板上固定挡块；所述垂直加载装置滑道和框架立杆顶部连接条形工字钢。进一步的，所述模拟隧道甬道分为互不影响的三个模型单元，三个模型单元分别为：第一模型单元仅包括模拟隧道甬道体，内部侧壁与洞顶位置分别设置激光测距仪；第二模型单元是固定在模拟隧道甬道体内部紧密贴合布置柔性薄板，在其夹层之间均匀布设压力传感器，在柔性薄板内部侧壁与顶部设置激光测距仪；第三模型单元是在柔性薄板上布置刚性薄板，在柔性薄板和刚性薄板的夹层之间均匀布设压力传感器，在刚性薄板内部侧壁与顶部设置激光测距仪。进一步的，所述三个模型单元之间设置第二刚性玻璃板与第三刚性玻璃板，所述第一模型单元前端与第三模型单元尾端分别设置第一刚性玻璃板。进一步的，所述加载左侧板与加载右侧板内部为嵌套形式，其顶端与加载上板滑槽连接，其底端与底板滑槽连接，滑动斜支撑两端与底板、加载左侧板、加载右侧板、加载上板的连接处均为滑槽连接。进一步的，所述锚杆固定在模拟隧道甬道外侧的开孔处，锚杆一端在模拟隧道甬道外壁上，另一端在岩土介质中。进一步的，所述模拟隧道甬道为一个固定在底板上的圆形孔道或拆分为两个固定在底板上的拱形孔道或一个固定在底板上的拱形孔道。进一步的，所述模拟隧道甬道为拱形孔道时，拱形孔道中设模型辅助构件，所述模型辅助构件，包括穿插于拱形孔道内部的第一楔形块、第二楔形块、第三楔形块、第四楔形块、第五楔形块、第六楔形块、第七楔形块、第八楔形块；所述模拟隧道甬道内部最下层设置第一楔形块、第二楔形块、第三楔形块；中间层设置第四楔形块、第五楔形块、第六楔形块；最上层设置第七楔形块与第八楔形块，二者上下嵌套布置；所有楔形块都能自由抽动。本技术的有益效果：1、采用自由抽动的楔形块，通过抽填楔形块来模拟隧道施工受力状态，对于Ⅲ、Ⅳ级稳定性围岩中可通过楔形款模拟上下双台阶开挖受力状态、Ⅴ级及其以上非稳定性围岩可模拟预留核心土的台阶开挖法来监测隧道的受力状态；2、可以通过改变加载框架中的传力岩土介质中的构成来模拟不同围岩，也可以通过底板下的排水管来模拟不同含水率的加载受力差异，也可以采用压力泵通过排水管来施加有压水来观察隧道在水压作用下的受力状态，比较贴近工程实际；3、不仅可以模拟单线拱形隧道的受力与位移特性，而且还可以通过重新拆解锚固螺栓使其变为双线拱形隧道，利用与单线隧道的相同的加载方式与对比分析，可以得到关于双线隧道的受力特性；4、可以更加真实地模拟在不同类型岩土和不同含水率条件下，隧道在加载状态下的受力和变形，以科学地模拟隧道开挖与支护，直观的观察整个隧道施工过程中的动态变化，对于隧道设计与施工起到有力的技术支撑。5、利用将加载框架内填充岩土介质的方法进行加载，使模拟隧道甬道受力更加均衡；此装置不仅可以通过调整嵌套结构伸缩来模拟不同埋深状态下的受力状态，还可以通过岩土介质的摩擦更明显的显示锚杆的作用；此试验装置能起到有效的工程类比效果。附图说明图1-1是本技术的一种试验模式的正视图；图1-2是本技术的另一种试验模式的正视图；图1-3是本技术的又一种试验模式的正视图；图2是本技术的装置整体俯视图；图3是本技术的装置整体侧视图；图4-1是本技术的垂直加载装置结构示意图；图4-2是本技术的水平加载装置结构示意图；图5-1是本技术的框架主体结构侧面支撑图；图5-2是本技术的加载侧板的嵌套结构示意图；图6是本技术的框架主体结构俯视图；图7是本技术的各个模块单元分割图；图8-1是本技术的滑动斜支撑的基本构造图；图8-2是本技术的加载上板的基本构造图；图9-1是本技术的圆形孔道隧道模型传感器布置图；图9-2是本技术的拱形孔道隧道模型传感器布置图。图中：1模拟隧道甬道，2加载上板，3加载左侧板，4加载右侧板，5滑动斜支撑，6底板，7开孔，8锚杆，9固定挡块，10第一加载装置，11第一斜撑，12第一钢性杆，13第一加载钢板，14钢横梁，15加载滑动台，16螺栓，17柔性薄板，18刚性薄板，19第一刚性玻璃板，20压力传感器，21激光测距仪，22岩土介质，23第二刚性玻璃板，24第三刚性玻璃板，25第一楔形块，26第二楔形块，27第三楔形块，29第四楔形块，30第五楔形块，31第六楔形块，32第七楔形块，33第八楔形块，34排水管，35垂直加载装置滑道，36固定标记，38框架立杆，39水平加载装置滑道，4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能隧道模型试验装置，其特征在于，由试验平台、加载主体结构、框架主体结构组成；/n所述试验平台，包括底板（6），所述底板（6）上部固定模拟隧道甬道（1），模拟隧道甬道（1）内部设置有柔性薄板（17）和刚性薄板（18），所述模拟隧道甬道（1）外壁与锚杆（8）相连；所述模拟隧道甬道（1）外围包裹在岩土介质（22）中，所述岩土介质（22）外侧设置有固定在底板（6）上的加载左侧板（3）、加载右侧板（4）和加载上板（2），加载左侧板（3）、加载右侧板（4）、加载上板（2）和底板（6）的相邻板之间连接滑动斜支撑（5）；/n所述加载主体结构，由水平加载装置和垂直加载装置组成；所述水平加载装置包括框架立杆（38），所述框架立杆（38）上固定水平加载装置滑道（39），水平加载装置滑道（39）连接第一加载装置（10），所述第一加载装置（10）与第一斜撑（11）的一端连接，第一斜撑（11）的另一端连接第一加载钢板（13），所述第一加载钢板（13）上设第一钢性杆（12），第一加载钢板（13）下部连接加载滑动台（15）；所述垂直加载装置包括钢横梁（14），在钢横梁（14）上固定垂直加载装置滑道（35），所述垂直加载装置滑道（35）连接第二加载装置（42），所述第二加载装置（42）与第二斜撑（43）的一端连接，第二斜撑（43）的另一端连接第二加载钢板（44），所述第二加载钢板（44）上设第二钢性杆（45）；/n所述框架主体结构，包括底板（6），所述底板（6）上固定框架立杆（38），所述框架立杆（38）顶部连接钢横梁（14），所述钢横梁（14）与框架立杆（38）、框架立杆（38）与底板（6）的拐角处连接斜支撑（40）；所述底板（6）正下方布设排水管（34），底板（6）上固定挡块（9）；所述垂直加载装置滑道（35）和框架立杆（38）顶部连接条形工字钢（41）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多功能隧道模型试验装置，其特征在于，由试验平台、加载主体结构、框架主体结构组成；
所述试验平台，包括底板（6），所述底板（6）上部固定模拟隧道甬道（1），模拟隧道甬道（1）内部设置有柔性薄板（17）和刚性薄板（18），所述模拟隧道甬道（1）外壁与锚杆（8）相连；所述模拟隧道甬道（1）外围包裹在岩土介质（22）中，所述岩土介质（22）外侧设置有固定在底板（6）上的加载左侧板（3）、加载右侧板（4）和加载上板（2），加载左侧板（3）、加载右侧板（4）、加载上板（2）和底板（6）的相邻板之间连接滑动斜支撑（5）；
所述加载主体结构，由水平加载装置和垂直加载装置组成；所述水平加载装置包括框架立杆（38），所述框架立杆（38）上固定水平加载装置滑道（39），水平加载装置滑道（39）连接第一加载装置（10），所述第一加载装置（10）与第一斜撑（11）的一端连接，第一斜撑（11）的另一端连接第一加载钢板（13），所述第一加载钢板（13）上设第一钢性杆（12），第一加载钢板（13）下部连接加载滑动台（15）；所述垂直加载装置包括钢横梁（14），在钢横梁（14）上固定垂直加载装置滑道（35），所述垂直加载装置滑道（35）连接第二加载装置（42），所述第二加载装置（42）与第二斜撑（43）的一端连接，第二斜撑（43）的另一端连接第二加载钢板（44），所述第二加载钢板（44）上设第二钢性杆（45）；
所述框架主体结构，包括底板（6），所述底板（6）上固定框架立杆（38），所述框架立杆（38）顶部连接钢横梁（14），所述钢横梁（14）与框架立杆（38）、框架立杆（38）与底板（6）的拐角处连接斜支撑（40）；所述底板（6）正下方布设排水管（34），底板（6）上固定挡块（9）；所述垂直加载装置滑道（35）和框架立杆（38）顶部连接条形工字钢（41）。


2.根据权利要求1所述的一种多功能隧道模型试验装置，其特征在于，所述模拟隧道甬道（1）分为互不影响的三个模型单元，三个模型单元分别为：第一模型单元仅包括模拟隧道甬道体，内部侧壁与洞顶位置分别设置激光测距仪（21）；第二模型单元是固定在模拟隧道甬道体内部紧密贴合布置柔性薄板（...

【专利技术属性】
技术研发人员：江源，宋克志，骆俊浩，董传真，黄腾，张佳乐，庄肃坤，孙亭帅，王开霖，张家铭，韩钰浩，赵杰，苏华，刘广磊，陈泽乾，龚文豪，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37