本实用新型专利技术公开了一种长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，涉及隧道施工试验技术领域。一种长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，其包括模型加载箱体、填土挤压装置以及水压可调节的供水箱；模型加载箱体的顶部可拆卸连接有盖板，模型加载箱体设有横向设置的隧道模型，隧道模型通过挖凿填土形成。本实用新型专利技术通过挖出不同断面的隧道模型可以模拟不同隧道断面经过一段时间后的变形，从而实现长期三维均匀加载，达到便捷模拟隧道现场施工时空效应的功能。场施工时空效应的功能。场施工时空效应的功能。
【技术实现步骤摘要】
一种长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置
[0001]本技术涉及隧道施工试验
，具体涉及一种可长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置。
技术介绍
[0002]本技术对于
技术介绍
的描述属于与本技术相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本技术的
技术实现思路
，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本技术在首次提出申请的申请日的现有技术。
[0003]在隧道修建过程中，不可避免地遭遇大量富水软岩地层，其除具有岩石强度低、岩体破碎、围岩赋存环境差、突水突泥现象严重等特点外，另一个显著特点便是具有极强的流变性。大量工程实践表明，深埋富水软弱围岩隧道的大变形失稳往往不是立即发生，而具有一定时间效应，即需要经过一段时间的变形发展。目前主要的研究方法是现场监测、数值模拟和模型试验，由于岩土体自身复杂的应力应变关系和工程中多变的地层条件,模型试验通过相似比模拟实际工程地层条件,成为研究隧道开挖过程中应力场变化规律和位移变化规律的重要手段。在模型试验中，为研究隧道施工时空效应，需引入时间相似比。目前关于隧道开挖的模型试验箱越来越多，功能越来越完善，但大部分加载往往采用液压千斤顶等方式，受设备等影响，往往无法进行长期加载，且未考虑水力耦合条件。
技术实现思路
[0004]本技术的目的在于提供一种长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，以解决现有隧道施工模拟装置无法在考虑水力耦合的条件下长期加载的问题。
[0005]本技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，其包括模型加载箱体、填土挤压装置以及水压可调节的供水箱；模型加载箱体用于注入模拟岩土体的填土，模型加载箱体的顶部可拆卸连接有盖板，模型加载箱体设有横向设置的隧道模型；模型加载箱体的两端分别设有填土挤压装置，填土挤压装置包括驱动装置以及设有压力检测件的挤压板，挤压板滑动设置在模型加载箱体中并靠近隧道模型的两侧，挤压板与模型加载箱体的内壁密封配合，两个挤压板之间形成填土加载腔室。供水箱通过第一进水管与填土加载腔室连通。
[0007]采用上述技术方案的有益效果为：根据试验要求配置相应比例填土并将填土逐渐加至模型加载箱体中，当填土充填满模型加载箱体后，供水箱通过第一进水管向填土加载腔室注水，待填土中的水压稳定，填土不易散开时挖出隧道模型，驱动装置推动挤压板从而进行加载模拟水平应力场，记录压力检测件检测数据完成试验。
[0008]本技术方案通过在模型加载箱体中设置可以移动的挤压板，使得加载过程可调整，也即改变不同的应力条件，通过供水箱供水实现长期加载，并且通过挖出不同断面的隧道模型可以模拟不同隧道断面经过一段时间后的变形，从而实现长期三维均匀加载，达到
便捷模拟隧道现场施工时空效应的功能。
[0009]进一步地，供水箱的顶部设有可拆卸的密封盖，供水箱连接有高度调整装置，高度调整装置包括三脚架、牵拉绳以及设置三脚架顶端的定滑轮，牵拉绳的一端与密封盖的四角连接，牵拉绳的另一端绕过定滑轮并与外部力施加源连接。
[0010]采用上述技术方案的有益效果为：外部力施加源拉动牵引绳，供水箱的高度逐渐升高，供水箱高度升高的同时，供水箱流入到模型加载箱体中的水压也越大。本技术方案通过高度调整装置改变供水箱的高度从而调整水压，进而模拟不同水压下隧道模型的渗流情况，并且通过供水箱可以向模型加载箱体中持续注水，从而实现长期三维加载。
[0011]进一步地，供水箱设有竖直设置的水位监测器，水位监测器的一端伸入到供水箱中，水位监测器的另一端伸出密封盖；供水箱远离第一进水管的一侧设有第二进水管和第二出水管，并且第二进水管和第二出水管上分别设有第二阀门。
[0012]进一步地，模型加载箱体的两侧分别设有通孔，通孔处分别可拆卸连接有隧道断面板，隧道断面板分别设有断面孔洞，并且两个断面孔洞之间相互连通形成隧道模型。
[0013]采用上述技术方案的有益效为：将填土填入到模型加载箱体中后，注入一定的水，待填土中的水压稳定后，根据试验所需的隧道断面，开设断面孔洞的大小，并根据断面孔洞的大小挖出隧道模型，直至两个断面孔洞连通后停挖。本技术可以根据试验需求开设不同大小的断面孔洞，从而实现对不同隧道断面的长期加载，大大提高了装置的使用灵活性。
[0014]进一步地，模型加载箱体的两端内壁分别嵌设有密封圈，挤压板的滑动范围小于密封圈的宽度。
[0015]进一步地，挤压板的顶部和底部分别设有可拆卸连接的固定组件，固定组件为两根相互平行设置的固定杆，两根固定杆分别设置在挤压板的两侧，并且固定杆的两端分别伸出模型加载箱体。
[0016]采用上述技术方案的有益效果为：填土未填入到模型加载箱体前，需要先将挤压板安装在模型加载箱体中，在安装时，固定杆的两端分别伸出模型加载箱体，再将挤压板放置在两个固定杆之间，当挤压板与驱动件连接后，需要填填土前，将固定杆取出。由于挤压板在试验过程中不仅要进行移动，还要求与模型加载箱体之间密封连接，因此挤压板的安装尤为重要，设置固定组件可以确保挤压板安装时不发生偏斜，既能确保挤压板的密封性又能减少位移时的偏差。
[0017]进一步地，驱动装置为活塞缸，或者驱动装置为直线电机。
[0018]进一步地，驱动装置包括气缸以及支撑气缸的支撑架，气缸的活塞杆伸入到模型加载箱体中并与相对应的挤压板连接。
[0019]采用上述技术方案的有益效果为：当填土装入到模型加载箱体中并挖出隧道模型，根据加载需求，气缸的活塞杆伸出并推动挤压板移动，也即填土加载腔室的空间逐渐减小，填土逐渐被压实，此时隧道模型的两侧会受到一定的压力，压力检测件检测隧道模型受到的压力值。气缸具有运行平稳的特点，满足本试验均匀加载的需求，并且气缸的规格多，可以根据具体的实验需求更换气缸的规格，从而通过气缸来改变隧道模型受到的应力条件。
[0020]进一步地，第一进水管的一端与供水箱的连通，第一进水管的另一端伸入到模型
加载箱体中并与相对应的挤压板连通，该挤压板还设置有第一出水管；第一进水管和第一出水管分别设置有第一阀门。
[0021]进一步地，压力检测件为土压力盒，挤压板设置有安装通孔，压力检测件嵌设在安装通孔，并且压力检测件的检测端朝向填土加载腔室，压力检测件的另一端连接有与外部数据采集装置相连的导线；模型加载箱体的外壁设有引出压力检测件导线的导线引出管。
[0022]采用上述技术方案的有益效果为：在实验过程中，由于挤压板要进行位移并挤压填土，压力检测件检测填土受到的压力，并根据检测到的压力值来判断改变应力条件对隧道模型的影响。
[0023]本技术具有以下有益效果：
[0024](1)本技术通过在模型加载箱体中设置可以移动的挤压板，使得加载过程可调整，也即改变不同的应力条件，通过供水箱供水实现长期加载，并且通过挖出不同断面的隧道模型可以模拟不同隧道断面经过一段时间后的变形，从而实现长期本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，其特征在于，包括：模型加载箱体(1)、填土挤压装置(2)以及水压可调节的供水箱(3)；所述模型加载箱体(1)用于注入模拟岩土体的填土，所述模型加载箱体(1)的顶部可拆卸连接有盖板(101)，所述模型加载箱体(1)设有横向设置的隧道模型(4)；所述模型加载箱体(1)的两端分别设有所述填土挤压装置(2)，所述填土挤压装置(2)包括驱动装置(201)以及设有压力检测件(9)的挤压板(202)，所述挤压板(202)滑动设置在所述模型加载箱体(1)中并靠近所述隧道模型(4)的两侧，所述挤压板(202)与所述模型加载箱体(1)的内壁密封配合，两个所述挤压板(202)之间形成填土加载腔室；所述供水箱(3)通过第一进水管(501)与所述填土加载腔室连通。2.根据权利要求1所述的长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，其特征在于，所述供水箱(3)的顶部设有可拆卸的密封盖(301)，所述供水箱(3)连接有高度调整装置(302)，所述高度调整装置(302)包括三脚架(321)、牵拉绳(322)以及设置所述三脚架(321)顶端的定滑轮(323)，所述牵拉绳(322)的一端与所述密封盖(301)的四角连接，所述牵拉绳(322)的另一端绕过所述定滑轮(323)并与外部力施加源连接。3.根据权利要求2所述的长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，其特征在于，所述供水箱(3)设有竖直设置的水位监测器(10)，所述水位监测器(10)的一端伸入到所述供水箱(3)中，所述水位监测器(10)的另一端伸出所述密封盖(301)；所述供水箱(3)远离所述第一进水管(501)的一侧设有第二进水管(504)和第二出水管(505)，并且所述第二进水管(504)和第二出水管(505)上分别设有第二阀门(506)。4.根据权利要求1所述的长期三维加载的隧道开挖模拟水力耦合试验装置，其特征在于，所述模型加载箱体(1)的两侧分别设有通孔，所述通孔处分别可拆卸连接有隧道断面板(6)，所述隧道断面板(6)分别设有断...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾泽润，聂金诚，谭芝文，杨文波，寇昊，何川，王安民，曾银枝，张军，李凯，王建华，
申请(专利权)人：中国建设基础设施有限公司，
类型：新型
国别省市：
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