【技术实现步骤摘要】
用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型及方法
[0001]本专利技术涉及一种地下工程模拟试验模型及方法，具体涉及用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型及方法，属于地下工程试验
技术介绍
[0002]隧道开挖引起的地层损失会造成地表沉降，研究地层损失对保护隧道周边建筑物、地下管线安全和预防隧道塌方都有重要的意义。在实际工程中，地层损失是盾构施工中挖土体体积和建成隧道体积之差。引起地层损失的因素包括开挖面土体移动、盾构后退、注浆压力以及开挖面超挖等因素。
[0003]现有模拟地层损失的方法，大多采用液囊排水、自制隧道开挖模拟装置或者离心机等方式，成本昂贵、操作难度大。如公开号为CN105223336A的中国专利技术专利公开了一种模拟地铁盾构隧道地层空洞引发地层损失的试验装置及方法，包括：视觉识别系统、模型箱系统、聚氯胺液囊、连通聚氯胺液囊的第一导管和第二导管、对应第二导管的容器、设置在聚氯胺液囊内部的电阻丝、连接电阻丝的加热控制装置；视觉识别系统包括：实时监测摄像头、固定支架以及采集计算模块，实时监测摄像头用于...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：包括模型箱与土层系统、地层损失模拟系统、加载系统以及监测系统；其中，模型箱与土层系统包括U型活动钢框架，以及填充在U型活动钢框架内的相似土；地层损失系统包括气囊，气囊上设置有气压表，气囊连接有气压调节阀和充气泵；加载系统设置在U型活动钢框架上部，包括在相似土上方的分力板，分力板上设置有多个千斤顶；所述监测系统包括工业相机、工业相机设置在三脚架上，工业相机旁设置有灯光补偿器。2.根据权利要求1所述用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：所述U型活动钢框架包括采用螺栓连接的底板、左侧板、右侧板和最上方的横肋梁；所述左侧板、右侧板可以在底板上左右移动，然后通过螺栓固定，用于模拟不同直径隧道模型所需的边界条件。3.根据权利要求2所述用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：所述左侧板、右侧板以及底板上均有刻度标尺，用于标识相似土填料深度、地表沉降变形。4.根据权利要求1所述用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：所述相似土为椭圆形或圆形钢棒，用于模拟隧道周围土层；所述钢棒采用三种不同尺寸截面的椭圆形或圆形钢棒，能够达到最为密实的状态；椭圆形钢棒不同尺寸截面为短轴
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长轴分别为3mm
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6mm、4mm
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8mm、5mm
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10mm，圆形钢棒尺寸半径分别为3mm、4mm、5mm；所述钢棒纵向长度与气囊纵向长度相等。5.根据权利要求1所述用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：所述气囊用于模拟试验隧道模型，内部填充铁砂；所述铁砂为三种不同粒径的小钢珠，铁砂体积约占气囊体积的70％；所述气囊采用止水气囊，材质为橡胶，极限承压为0.1bar，壁厚2.5mm；所述气囊放置于试验模型一定范围，满足隧道开挖试验模型的边界条件，即L>6r，其中，L为模型隧道外侧至模型左边界的距离，r为模型隧道半径。6.根据权利要求1或5所述用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：所述气压表用于测定气囊的初始气压，能够将气囊的初始气压控制于某一定值；所述充气泵用于补充气囊所需气压；所述充气泵功率为980W；所述气压调节阀为均匀卸压装置，对气囊进行缓慢卸压。7.根据权利要求1所述用于模拟隧道开挖地层损失的二维试验模型，其特征在于：所述千斤顶位于横肋梁和分力板之间，千斤顶为分离式数显千斤顶，采用数字显示屏表示施加的荷载值，更为精确地模拟不同埋深的隧道开挖；所述分力板采用厚度2mm的钢板，主要作用为将千斤顶的集中荷载转化为均布荷载作用在相似土；所述钢板尺寸采用宽度为1/8试验模型宽，纵向长度等同于相似...
【专利技术属性】
技术研发人员：王智德，武海港，刘奇，甘万炜，李杰，司莹莹，李根，
申请(专利权)人：上海先行建设监理有限公司，
类型：发明
国别省市：
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