考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法与系统技术方案

本发明专利技术提供了一种考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法与系统，涉及隧道模拟领域。该模拟系统包括主箱体、隧道模型、上喷淋板、下透水板、供水机构和监测系统，上喷淋板和下透水板上下间隔布置在主箱体内，隧道模型位于上、下透水板之间，主箱体中还填充有填土体或围岩体；供水机构包括水箱、活塞、驱动器、第一水管和第二水管，活塞滑动密封安装于水箱中，活塞的一侧与水箱形成压力腔；第一水管连通压力腔和上喷淋板，第二水管连通压力腔和下透水板，第一水管和第二水管均安装有阀门；监测系统包括传感器组件、数据采集仪和分析主机，传感器组件分散布置在主箱体中；主箱体的外部还设有图像测量装置，用于实时监测位移测点的位置变化。置变化。置变化。

【技术实现步骤摘要】
考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法与系统


[0001]本专利技术涉及隧道模拟
，特别是涉及考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法与系统。

技术介绍

[0002]由于盾构隧道常年处于地下水作用下，对其服役性能影响大。地下水位升降导致地层不均匀沉降，会影响隧道结构的受力，造成隧道收敛变形甚至局部开裂。在地下水和地震的耦合作用下，易造成结构失稳破坏。
[0003]如申请公布号为CN114839126A、申请公布日为2022.08.02的中国专利技术专利申请公开了一种用于模拟测试岩溶隧道背后水压力的试验装置，具体包括箱体、带孔隔板、隧道模型和升降水箱；带孔隔板将箱体分割为隧道空间和注水空间；注水空间的下部设置有进水口，通过管道连接到升降水箱的出水口；隧道模型设置有多个排水孔，外壁包括土工布；隧道模型的外壁还环向设置孔隙水压力和应变片；隧道模型的两端分别固定在箱体的隧道空间的两个对立面，且位于箱体的中下部；隧道模型的两端封闭，至少一端设置出水口；箱体的隧道空间中，隧道模型的外部还填埋土体。
[0004]现有试验装置在箱体的两侧设计注水空间，可快速提升箱内两侧的水位，提高渗流效率。但是，仅通过两侧的带孔隔板模拟水渗透至隧道空间中，与实际的地下水渗透路径不同，无法真实地模拟出地下水变化和地震作用下盾构隧道的服役环境，不能实现水－岩土体－隧道耦合响应的全过程模拟。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种涉及考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法与系统，以解决现有试验装置与实际的地下水渗透路径不同，无法真实地模拟出地下水变化和地震作用下盾构隧道的服役环境，不能实现水－岩土体－隧道耦合响应的全过程模拟的问题。
[0006]本专利技术的考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法的技术方案为：
[0007]考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、在主箱体中注入无泡水，水位高度浸没下透水板的位置，并在下透水板的上表面铺设土工布；
[0009]步骤二、将配置好的填土体或围岩体分层填入主箱体的内部，并在主箱体的中部埋设隧道模型，同时分散布置相应的传感器组件和位移测点，将传感器组件、数据采集仪和分析主机电连接；
[0010]步骤三、在主箱体的内部上侧设置上喷淋板，将上喷淋板与水箱的压力腔连通，下透水板与水箱的压力腔连通，并向水箱中注入设定体积的无泡水，在主箱体的上部密封安装顶盖板；
[0011]步骤四、模拟地下水变化的影响
[0012](1)打开第二水管上的第二阀门，控制活塞移动将水箱内的无泡水注入主箱体中，使土体内的水位达到初始水量，关闭第二阀门；
[0013](2)将主箱体固定于土工离心机吊篮上，打开图像测量装置，土工离心机旋转至设定重力加速度进行固结，待传感器组件检测到的水压稳定后完成固结；
[0014](3)打开第一水管上的第一阀门，控制活塞移动将水箱内的无泡水输入主箱体中，达到模拟降水量后关闭第一阀门，静止使水位高度达到第一设定值；
[0015](4)打开第二水管上的第二阀门，控制活塞反向移动通过下透水板抽吸主箱体中设定体积的无泡水，关闭第二阀门，静止使水位高度达到第二设定值；
[0016](5)重力加速度逐渐降低至1g，关闭土工离心机，取下主箱体完成试验；
[0017]或者，模拟地震对海底盾构隧道的影响
[0018](1)打开第一水管上的第一阀门，控制活塞移动通过上喷淋板将水箱内的无泡水输入主箱体中，直至主箱体的围岩体上方充满水；
[0019](2)控制活塞继续移动，使围岩体上方的水压增大，当传感器组件检测到的水压力达到设定水压时，控制水压力保持不变，以模拟海底高水压环境；
[0020](3)将主箱体固定于土工离心机的振动台上，打开图像测量装置，土工离心机旋转至设定重力加速度，同时施加设定频率和振幅的振动荷载；
[0021](4)重力加速度逐渐降低至1g，关闭土工离心机，取下主箱体完成试验。
[0022]本专利技术的考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟系统的技术方案为：
[0023]考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟系统包括主箱体、隧道模型、上喷淋板、下透水板、供水机构和监测系统，所述上喷淋板和下透水板上下间隔布置在所述主箱体的内部，所述隧道模型位于所述上喷淋板与所述下透水板之间，所述主箱体中还填充有填土体或围岩体；
[0024]所述供水机构包括水箱、活塞、驱动器、第一水管和第二水管，所述活塞滑动密封安装于所述水箱中，所述驱动器与所述活塞传动连接，所述活塞的一侧与所述水箱形成压力腔；
[0025]所述第一水管连通所述压力腔和所述上喷淋板，所述第一水管上安装有第一阀门；所述第二水管连通所述压力腔和所述下透水板，所述第二水管上安装有第二阀门；
[0026]所述监测系统包括传感器组件、数据采集仪和分析主机，所述传感器组件为孔隙水压力传感器、激光位移计、土压力盒、应变片中的至少一种，所述传感器组件分散布置在所述主箱体中，所述数据采集仪电连接于所述传感器组件和所述分析主机之间；
[0027]所述主箱体的内部还分散布置有多个位移测点，所述主箱体的外部对应所述位移测点还设有图像测量装置，所述图像测量装置用于实时监测所述位移测点的位置变化，以分析隧道位移和土体沉降。
[0028]进一步的，所述主箱体的外部还安装有外框架，所述外框架的一侧固定连接有悬伸臂，所述悬伸臂位于所述水箱的上侧，所述驱动器连接于所述悬伸臂与所述活塞之间，所述活塞的下侧面与所述水箱的下部空间形成所述压力腔。
[0029]进一步的，所述驱动器为液压油缸，所述液压油缸电连接有控制按钮；所述第一阀门、所述第二阀门均为电磁阀，且所述第二水管上还安装有水压传感器。
[0030]进一步的，所述主箱体的形状为长方体形，所述主箱体的上部可拆安装有顶盖板，
所述主箱体的正面开设有观察窗口，所述观察窗口处安装有透明板，所述图像测量装置与所述透明板相对布置。
[0031]进一步的，所述下透水板的上表面还铺设有土工布。
[0032]进一步的，所述主箱体位于所述围岩体的内部还设有断层破碎带，所述断层破碎带与所述隧道模型相交布置。
[0033]进一步的，所述主箱体的另一侧开设有螺纹孔，所述螺纹孔中螺旋安装有带孔螺栓，所述带孔螺栓的通孔中穿装有数据线，所述数据线连接于所述传感器组件和所述数据采集仪之间。
[0034]进一步的，所述孔隙水压力传感器、所述土压力盒、所述位移测点均设有多个，多个所述孔隙水压力传感器、所述土压力盒和所述位移测点均匀分布在所述主箱体中且位于所述隧道模型的外部。
[0035]进一步的，所述应变片也设有多个，多个所述应变片贴装在所述隧道模型的外壁。
[0036]有益效果：该考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法与系统设计有主箱体、隧道模型、上喷淋板、下透水板、供水机构和监测系统，主箱体中的填土体或围岩体可真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一、在主箱体中注入无泡水，水位高度浸没下透水板的位置，并在下透水板的上表面铺设土工布；步骤二、将配置好的填土体或围岩体分层填入主箱体的内部，并在主箱体的中部埋设隧道模型，同时分散布置相应的传感器组件和位移测点，将传感器组件、数据采集仪和分析主机电连接；步骤三、在主箱体的内部上侧设置上喷淋板，将上喷淋板与水箱的压力腔连通，下透水板与水箱的压力腔连通，并向水箱中注入设定体积的无泡水，在主箱体的上部密封安装顶盖板；步骤四、模拟地下水变化的影响(1)打开第二水管上的第二阀门，控制活塞移动将水箱内的无泡水注入主箱体中，使土体内的水位达到初始水量，关闭第二阀门；(2)将主箱体固定于土工离心机吊篮上，打开图像测量装置，土工离心机旋转至设定重力加速度进行固结，待传感器组件检测到的水压稳定后完成固结；(3)打开第一水管上的第一阀门，控制活塞移动将水箱内的无泡水输入主箱体中，达到模拟降水量后关闭第一阀门，静止使水位高度达到第一设定值；(4)打开第二水管上的第二阀门，控制活塞反向移动通过下透水板抽吸主箱体中设定体积的无泡水，关闭第二阀门，静止使水位高度达到第二设定值；(5)重力加速度逐渐降低至1g，关闭土工离心机，取下主箱体完成试验；或者，模拟地震对海底盾构隧道的影响(1)打开第一水管上的第一阀门，控制活塞移动通过上喷淋板将水箱内的无泡水输入主箱体中，直至主箱体的围岩体上方充满水；(2)控制活塞继续移动，使围岩体上方的水压增大，当传感器组件检测到的水压力达到设定水压时，控制水压力保持不变，以模拟海底高水压环境；(3)将主箱体固定于土工离心机的振动台上，打开图像测量装置，土工离心机旋转至设定重力加速度，同时施加设定频率和振幅的振动荷载；(4)重力加速度逐渐降低至1g，关闭土工离心机，取下主箱体完成试验。2.一种考虑水作用的盾构隧道服役环境模拟系统，其特征是，包括主箱体、隧道模型、上喷淋板、下透水板、供水机构和监测系统，所述上喷淋板和下透水板上下间隔布置在所述主箱体的内部，所述隧道模型位于所述上喷淋板与所述下透水板之间，所述主箱体中还填充有填土体或围岩体；所述供水机构包括水箱、活塞、驱动器、第一水管和第二水管，所述活塞滑动密封安装于所述水箱中，所述驱动器与所述活塞传动连接，所述活塞的一侧与所述水箱形成压力腔；所述第一水管连通所述压力腔和所述上喷淋板，所述第一水管上安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭成超，王浩然，唐瑾，孙博，史昆明，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室珠海，
类型：发明
国别省市：