一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及地下工程模型试验设备技术领域，尤其涉及一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置及方法。实验装置包括：透明模型箱，用于盛放透明土，所述透明模型箱的一个侧面内接隧道模型；模拟掘进系统，包括刀盘、刀盘驱动及传动杆，所述刀盘前端设有刀盘凸起，刀盘驱动连接刀盘后端并驱动刀盘旋转，传动杆连接刀盘驱动，并能带动刀盘驱动和刀盘在所述隧道模型内前进或后退；图像采集系统，包括激光发射器和相机，用于采集刀盘按照设定速度旋转并后退时透明土的变化。通过模拟刀盘旋转产生的扰动对开挖面破裂机制的影响，解决了现有试验装置不完全符合实际工况的问题。验装置不完全符合实际工况的问题。验装置不完全符合实际工况的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及地下工程模型试验设备
，尤其涉及一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置及方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着经济的快速发展，越来越多的隧道建设采用了施工效率更高，安全稳定性更好的盾构法施工。而在盾构施工中保证开挖面的稳定对隧道的顺利开挖至关重要。研究开挖面土体的破裂机制可以及时预测并防止开挖面失稳，保证盾构的顺利掘进。但在实际开挖过程中前方土体的位移难以监测，因此常用室内模型试验的方法来模拟盾构开挖并研究开挖面的失稳机制。
[0004]现有的实验装置通过模拟支护力减小的过程模拟开挖面失稳的发生过程，但未考虑刀盘切削对开挖面破裂机制的影响，虽然对开挖面破裂过程具有一定的参考意义，但并不完全符合实际工况，也无法得到支护力与土体内部变形的精确关系。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术实施例的目的是提供一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，通过模拟刀盘旋转产生的扰动对开挖面破裂机制的影响，解决现有试验装置不完全符合实际工况的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案：
[0007]一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，包括：透明模型箱，用于盛放透明土，所述透明模型箱的一个侧面内接隧道模型；模拟掘进系统，包括刀盘、刀盘驱动及传动杆，所述刀盘前端设有刀盘凸起，刀盘驱动连接刀盘后端并驱动刀盘旋转，传动杆连接刀盘驱动，并能带动刀盘驱动和刀盘在所述隧道模型内前进或后退；图像采集系统，包括激光发射器和相机，用于采集刀盘按照设定速度旋转并后退时透明土的变化。
[0008]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述刀盘凸起为圆柱状凸起、半球状凸起和棱台状凸起中的至少一种。
[0009]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述模拟掘进系统还包括隔板，所述隔板连接在传动杆端部，用于安装刀盘驱动。
[0010]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述刀盘边缘贴有橡胶密封条。
[0011]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述图像采集系统包括设置在透明模型箱周围的三个激光发射器和三个相机，所述透明土中设置示踪粒子，所述激光发射器用于照射透明模型箱内透明土中的示踪粒子，相机用于采集透明土中示踪粒子的时间序列图像。
[0012]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述激光发射器和相机均固定在支架上，所述
支架为三脚架。
[0013]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述透明模型箱为顶部开口的正方体结构。
[0014]本专利技术的另一优选的实施方式中，还包括工作台，所述透明模型箱和模拟掘进系统均设置在所述工作台上。
[0015]本专利技术的另一优选的实施方式中，所述模拟掘进系统还包括驱动传动杆前进或后退的电动机，所述电动机和图像采集系统均连接到计算机上。
[0016]本专利技术实施例还提供了上述所述的研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置的试验方法，传动杆带动刀盘按照设定速度前进或后退，刀盘前进或后退过程中，相机采集透明土中示踪粒子的时间序列图像，并将采集的图像传输给计算机，计算机对图像进行分析。
[0017]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0018]1、本专利技术的试验装置当刀盘前进到预定位置后，使刀盘按照设定的速度旋转并后退，随着刀盘后退，支护力逐渐被撤销，刀盘前方的透明土发生主动失稳破坏，通过模拟刀盘旋转产生的扰动对开挖面破裂机制的影响，更加真实的反映现实工况下的刀盘切削对开挖面破裂机制影响，获取的分析结果更为准确，为进一步研究打下良好的基础。
[0019]2、本专利技术的试验装置，刀盘可以在刀盘驱动的作用下按照指定速率旋转，相较于传统试验，三种不同形式的刀盘对比验证下能够更真实地模拟刀盘切削对土体的扰动，使得到的破裂机制与实际情况更为接近。
[0020]3、本专利技术的试验装置，采用了透明模型箱，整个试验过程可见，可从宏观上观察土体的破裂情况，克服了传统土体无法用肉眼观察破裂机制的缺点。
[0021]4、由三个激光发射器和相机组成图像采集系统，实现三维可视化观察与分析，可以获取示踪粒子的时间序列图像，运用粒子速度图像技术分析土体的动态三维破裂机制，试验结果比传统的二维图像更加精确。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0023]图1是本专利技术实施例一的实验装置整体结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例一的透明模型箱、模拟掘进系统装配示意图；
[0025]图3是本专利技术实施例一的刀盘型式示意图；
[0026]图中：1.透明模型箱，2.隧道模型，3.电动机，4.计算机，5.相机，6.激光发射器，7.三脚架，8.模拟掘进系统，9.工作台，10.刀盘，11.刀盘凸起，12.橡胶密封条，13.刀盘驱动，14.隔板，15.传动杆。
[0027]为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
[0028]为了方便叙述，本专利技术中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，
因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]术语解释部分:本专利技术中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本专利技术的具体含义。
[0030]正如
技术介绍
所介绍的，现有的实验装置通过模拟支护力减小的过程模拟开挖面失稳的发生过程，但未考虑刀盘切削对开挖面破裂机制的影响，虽然对开挖面破裂过程具有一定的参考意义，但并不完全符合实际工况，也无法得到支护力与土体内部变形的精确关系，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置。
[0031]本专利技术一实施例中记载了一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，包括：透明模型箱，用于盛放透明土，所述透明模型箱的一个侧面内接隧道模型；模拟掘进系统，包括刀盘、刀盘驱动及传动杆，所述刀盘前端设有刀盘凸起，刀盘驱动连接刀盘后端并驱动刀盘旋转，传动杆连接刀盘驱动，并能带动刀盘驱动和刀盘在所述隧道模型内前进或后退；图像采集系统，包括激光发射器和相机，用于采集刀盘按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，其特征在于，包括：透明模型箱，用于盛放透明土，所述透明模型箱的一个侧面内接隧道模型；模拟掘进系统，包括刀盘、刀盘驱动及传动杆，所述刀盘前端设有刀盘凸起，刀盘驱动连接刀盘后端并驱动刀盘旋转，传动杆连接刀盘驱动，并能带动刀盘驱动和刀盘在所述隧道模型内前进或后退；图像采集系统，包括激光发射器和相机，用于采集刀盘按照设定速度旋转并后退时透明土的变化。2.如权利要求1所述的研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，其特征在于，所述刀盘凸起为圆柱状凸起、半球状凸起和棱台状凸起中的至少一种。3.如权利要求1所述的研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，其特征在于，所述模拟掘进系统还包括隔板，所述隔板连接在传动杆端部，用于安装刀盘驱动。4.如权利要求1所述的研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，其特征在于，所述刀盘边缘贴有橡胶密封条。5.如权利要求1所述的研究刀盘切削对开挖面破裂影响的实验装置，其特征在于，所述图像采集系统包括设置在透明模型箱周围的三个激光发射器和三个相机，所述透明土中设置示踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁万涛，秦旺，郭文静，王涵，王中荣，黄兴行，戴尊勇，王承震，陈永志，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：