模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，该装置包括：模型试验箱，分成上下两层空间，上层空间由三个独立的气压室组成，下层空间通过设置直接承受三个气压室独立气压的透明土材料以模拟地质环境；隧道模型，埋设在透明土材料中，用于模拟既有地铁隧道；气压加载系统，分别与三个独立的气压室连通，能够单独调控各气压室内的气压，可用于模拟隧道模型正上方超载和侧向超载两种工况；可视化数据监测系统，与隧道模型连接，用于获取地表超载作用下隧道模型隧周的土压力分布、隧道模型变形和土体位移数据。本实用新型专利技术能够比较真实的同时研究地表超载影响隧道横向受力变形和不均匀沉降两个问题。响隧道横向受力变形和不均匀沉降两个问题。响隧道横向受力变形和不均匀沉降两个问题。

【技术实现步骤摘要】
模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置


[0001]本技术涉及市政工程
，具体涉及一种模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置。

技术介绍

[0002]近年来，我国城市市政工程快速发展，已建的盾构隧道周边往往出现后续土地开发，引起大量建筑工程活动，易存在基坑开挖、土方堆积等工程行为，造成隧道横向变形超限、角部掉块、环间错台及渗漏水等病害，影响隧道正常使用，甚至威胁隧道结构安全。大量学者研究了关于周边建筑活动影响盾构隧道结构的问题，其中相似模型试验成本低、周期短且可行度高，使得相似模型试验成为研究地表超载影响盾构隧道的一个重要手段。
[0003]地表超载是市政隧道沿线周边建筑工程活动主要形式之一，国内多个城市出现过上方地表超载导致隧道横断面变形过大而引发隧道结构安全问题的案例。地表超载不仅会导致隧道横断面变形超限等问题，同时会引发过大的隧道不均匀沉降，从而影响隧道运营安全。目前，已有大量学者研究了地表超载影响既有盾构隧道的问题，但均存在将地表超载引发的隧道变形和不均匀沉降问题分割开来单独研究的不足。地表超载影响盾构隧道变形和不均匀沉降问题是两个互相牵制的问题，隧道横向变形量与不均匀沉降量跟隧道穿越土层和下卧土层性质有关。例如，若隧道下卧土层性质较差，而穿越土层性质较好，则地表超载对隧道的影响则会以不均匀沉降为主；若隧道下卧土层性质较好，而穿越土层性质较差，则地表超载对隧道影响则以横向变形为主。可见已有研究将地表超载导致的隧道横向变形与不均匀沉降问题独立研究存在缺陷。
[0004]为解决上述不足，本技术所述的一种模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，为同时研究地表超载影响隧道横向变形和不均匀沉降两大问题提供了一种有效的手段。本技术采用气压模拟上方超载，采用相机并后处理得到土体位移场，分析超载导致隧道不均匀沉降问题；采用薄膜传感器、应变及位移传感器获取隧道受力变形数据，以期研究地表超载影响既有盾构隧道的机理。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本技术的目的就是为了克服上述现有研究存在的缺陷而提供一种可同时研究隧道横向变形和不均匀沉降两大问题的模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，用于研究地表超载影响盾构隧道机理。
[0006]为解决上述技术问题，本技术通过下述技术方案实现：
[0007]本技术提供了一种模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，该装置包括：
[0008]模型试验箱，分成上下两层空间，上层空间由三个独立的气压室组成，下层空间通过设置直接承受三个气压室独立气压的透明土材料以模拟地质环境；
[0009]隧道模型，埋设在透明土材料中，用于模拟既有地铁隧道；
[0010]气压加载系统，分别与三个独立的气压室连通，能够单独调控各气压室内的气压，可用于模拟隧道模型正上方超载和侧向超载两种工况；
[0011]可视化数据监测系统，与隧道模型连接，用于获取地表超载作用下隧道模型隧周的土压力分布、隧道模型变形和土体位移数据。
[0012]优选的是，所述的模型试验箱为一矩形箱体，箱体的上层空间通过竖向架设在水平横梁上的隔板分割成三个独立的气压室。
[0013]优选的是，所述的气压加载系统包括一气泵和分别向三个独立的气压室输气的三组输气单元，每组输气单元由气压调节阀门、气压表和输气管组成。
[0014]优选的是，所述的隧道模型几何尺寸及弹性模量按照相似比设计。
[0015]优选的是，所述的可视化数据监测系统包括相机、可调节光源、薄膜传感器、位移传感器和应变传感器；其中，相机和可调节光源相配合以监测土体位移，薄膜传感器、位移传感器和应变传感器相配合以监测隧道模型受力变形，且该三种传感器通过采集仪与工作站连接。
[0016]进一步优选的是，所述的薄膜传感器铺设在隧道模型外周，所述的位移传感器设置在隧道模型内部，所述的应变传感器粘贴在隧道模型内表面。
[0017]进一步优选的是，所述可调节光源含激光光源和一般点光源，所述的一般点光源包括白炽灯源和荧光灯源。
[0018]优选的是，所述的模型试验箱一侧设置可视化窗口，该侧壁为有机玻璃板。
[0019]进一步优选的是，所述的可视化窗口侧壁设置尺寸标尺，以便于图像处理过程中图像尺寸与真实尺寸之间的转换。
[0020]优选的是，所述的透明土材料由无定形硅石粉末、白矿油和正十二烷按一定比例混合制成。
[0021]本技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0022]由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术通过设计一种模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，采用透明土材料模拟地质环境，通过控制气压加载系统模拟地表超载，利用相机和可调节光源拍摄试验照片，通过采集仪和工作站处理得到土体位移场；利用设置在隧道模型上的传感器监测地表超载引发的隧道受力及变形。本技术在气压加载系统的控制下，模拟地表超载引发的隧道横向受力变形和不均匀沉降问题，在耗费较少的人力、物力、财力的情况下，通过简单的操作，还原地表超载对既有盾构隧道的影响。
[0023]本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0025]图1是本技术的结构示意图；
[0026]图2是本技术的模型试验箱上部气压室的结构示意图；
[0027]图3是本技术的薄膜传感器与隧道模型的关系图；
[0028]图4是本技术的各传感器与隧道模型的关系图。
[0029]附图标记：1—气泵；2—气压调节阀门；3—气压表；4—气压室；5—模型试验箱；6—隔板；7—薄膜传感器；8—隧道模型；9—采集仪；10—工作站；11—相机；12—透明土材料；13—可调节光源；14—应变传感器；15—位移传感器；16—输气管。
具体实施方式
[0030]为了使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合具体实施例对本技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0031]下面结合附图1
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4和实施例对本技术作进一步的说明，但并不作为对本技术限制的依据。
[0032]本技术实施例提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，其特征在于：该装置包括：模型试验箱，分成上下两层空间，上层空间由三个独立的气压室组成，下层空间通过设置直接承受三个气压室独立气压的透明土材料以模拟地质环境；隧道模型，埋设在透明土材料中，用于模拟既有地铁隧道；气压加载系统，分别与三个独立的气压室连通，能够单独调控各气压室内的气压，可用于模拟隧道模型正上方超载和侧向超载两种工况；可视化数据监测系统，与隧道模型连接，用于获取地表超载作用下隧道模型隧周的土压力分布、隧道模型变形和土体位移数据。2.根据权利要求1所述的模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，其特征在于：所述的模型试验箱为一矩形箱体，箱体的上层空间通过竖向架设在水平横梁上的隔板分割成三个独立的气压室。3.根据权利要求1所述的模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，其特征在于：所述的气压加载系统包括一气泵和分别向三个独立的气压室输气的三组输气单元，每组输气单元由气压调节阀门、气压表和输气管组成。4.根据权利要求1所述的模拟地表超载对既有盾构隧道结构影响的可视化试验装置，其特征在于：所述的隧道模型几何尺寸及弹性模量按照相似...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭忠，林志军，闫自海，熊松，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：