一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置及方法，属于铁路隧道冒浆检测技术领域，包括用于注入模拟岩土体填土的模型加载箱体，模型加载箱体的侧部和顶部设置挤压机构对填土进行挤压；所述模型加载箱体横向开设隧道模型孔洞用以放置隧道相似模型，隧道相似模型内设置钢桁架梁，钢桁架梁两侧顶部均设置纵向的作动器，钢桁架梁底部连接车轮组；所述模型加载箱体还与渗流供水装置连接，以对模型加载箱体中填土进行供水。载箱体中填土进行供水。载箱体中填土进行供水。

【技术实现步骤摘要】
一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置及方法


[0001]本专利技术属于铁路隧道冒浆检测
，具体涉及一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置及方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]隧道基底结构作为结构自重、列车荷载的主要承重结构，同时围岩压力与地下水压力的荷载作用使得隧道基底结构力学环境复杂多变，此外，富水铁路隧道地下水丰富，渗流场复杂多变。基底下基岩在列车动载的反复作用下受到振动、冲击，部分岩块破碎至发生细颗粒的迁移，甚至出现“空洞”，恶化了隧道基底结构的受力条件，隧道基底地下水存在于围岩裂隙以及围岩与隧道基底结构接触面之间的空隙中，在列车高速冲击荷载的作用下处于隧道基底的地下水来不及消散产生很高的孔隙水压力，列车大轴重、高密度的运营使轨下基础承受更大的振动荷载，更易出现大变形而形成裂缝，加之隧道开挖与支护过程中仰拱分块施工，部分施工缝防水不密实，泥浆将通过裂缝或施工缝向上泵出，从而导致基底冒浆病害的发生。
[0004]当前研究铁路冒浆多针对轨下结构为路基结构，研究方法多主要是现场勘察、数值模拟和室内模型试验，由于富水隧道岩土体渗流场分布复杂，模型试验通过相似比模拟实际工程地层条件和力学环境，成为研究铁路隧道运营期翻浆冒泥现象的重要手段。目前关于隧道渗流场及力学环境的模型试验越来越多，但大部分渗流压力由可升降供水箱单点加压提供，速度慢且不均匀，列车动载多为一维点荷载，且未考虑列车动载
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水
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土耦合作用，难以全面还原隧道真实力学环境，对于富水隧道铁路冒浆现象病害的形成、演化及其对工程影响不能提供精准可靠的理论支撑。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置及方法，该装置可以解决现有运营期隧道模拟装置无法真实全面还原列车动载
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水
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土耦合作用下铁路冒浆现象的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，包括用于注入模拟岩土体填土的模型加载箱体，模型加载箱体的侧部和顶部设置挤压机构对填土进行挤压；所述模型加载箱体横向开设隧道模型孔洞用以放置隧道相似模型，隧道相似模型内设置钢桁架梁，钢桁架梁两侧顶部均设置纵向的作动器，钢桁架梁底部连接车轮组；所述模型加载箱体还与渗流供水装置连接，以对模型加载箱体中填土进行供水。
[0008]作为进一步的技术方案，所述渗流供水装置包括水箱，水箱与多个上部渗流管、多个底部渗流管连接，上部渗流管设置于模型加载箱体顶部，底部渗流管设置于模型加载箱体底部，水箱和上部渗流管、底部渗流管连通处设置阀门。
[0009]作为进一步的技术方案，所述水箱上部设置水压计与水位监测计；上部渗流管和底部渗流管竖向上下对称布置，外部均使用滤纸包裹；所述水箱和液压泵连接，液压泵和电机连接。
[0010]作为进一步的技术方案，所述隧道相似模型处设置浊液集排装置，浊液集排装置包括设置于隧道相似模型仰拱的环向盲管和纵向盲管，环向盲管和纵向盲管均带有孔洞。
[0011]作为进一步的技术方案，在模型加载箱体仰拱及其填充接触部位、仰拱底部竖直方向设置浊度孔，环向盲管和纵向盲管连通，纵向盲管和浊度孔连通，以由浊度孔收集浊液。
[0012]作为进一步的技术方案，所述模型加载箱体左右两侧、顶部开口设置；所述挤压机构包括上部挤压机构和侧部挤压机构，上部挤压机构与上部盖板连接，上部盖板设置于模型加载箱体顶部，侧部挤压机构与夹板连接，夹板设置于模型加载箱体左右两侧，夹板、上部盖板与模型加载箱体的内壁密封配合，两夹板与上部盖板之间形成填土加载腔室。
[0013]作为进一步的技术方案，所述上部盖板留有通孔用以定位管埋置以及上部渗流管的置换，上部渗流管穿过模型加载箱体顶部的上部盖板。
[0014]作为进一步的技术方案，所述隧道相似模型内设置孔隙水压力计，所述模型加载箱体内设置土压力盒，隧道相似模型外侧设置分布式传感光纤，孔隙水压力计、土压力盒、分布式传感光纤均与控制器连接。
[0015]作为进一步的技术方案，所述模型加载箱体两侧设置反力架，挤压机构与反力架连接；所述模型加载箱体外侧设置固定装置，固定装置包括钢板，钢板设置多对，钢板成对布置于模型加载箱体前后两侧，每一对钢板一端均与反力架立柱连接，多对钢板另一端通过连接板连接。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了一种如上所述的力学耦合条件下隧道冒浆试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0017]填土：在模型加载箱体中预设底部渗流管，注入模拟岩土体的填土至隧道模型孔洞底部并压实，在隧道模型孔洞放置隧道相似模型，继续注入填土至隧道相似模型顶部并压实，插入上部渗流管，在两侧隧道模型孔洞接口处设置橡胶止水带；
[0018]加压：通过顶部的挤压机构提供竖向应力，侧部的挤压机构挤压模型加载箱体腔内填土提供水平应力；
[0019]供水：由渗流供水装置将水流供入模型加载箱体的填土中；
[0020]动力加载：钢桁架梁设置于隧道相似模型中，使作动器动作，对钢桁架梁进行加载；
[0021]数据监测：通过隧道相似模型内的孔隙水压力计测量水压得到水力梯度，通过填土中土压力盒测量不同深度土压力，通过隧道相似模型外侧的分布式传感光纤测量应力，由模型加载箱体的浊度孔收集浊液，使用浊度仪分析浊度。
[0022]上述本专利技术的有益效果如下：
[0023]本专利技术的隧道冒浆试验装置，通过填样模型加载箱体顶部及双侧挤土作用以及压力检测，可还原并控制隧道不同地应力状态，同时，利用两侧固定夹板一端安装挤土装置，可同时达到挤土、固定箱体的作用，拆卸更加方便。
[0024]本专利技术的隧道冒浆试验装置，通过两侧双动力加载加装钢桁架梁与车轮组，打破
传统一维点荷载限制，实现三维列车动力荷载施加，并通过钢桁架梁预留通孔实现不同间距、不同点位车轮加载。
[0025]本专利技术的隧道冒浆试验装置，通过液压水泵提供高水头，上下渗流管对称分布，双向渗流加快水流速率使填土快速达到饱水状态且分布更加均匀，真实还原铁路隧道围岩内水流环境。
[0026]本专利技术的隧道冒浆试验装置，构建了列车动载
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水
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土耦合条件，打破传统试验装置针对单一因素作用的局限性。
[0027]本专利技术的隧道冒浆试验装置，在隧道仰拱及其填充接触部位预设环向、纵向浊液集排盲管，在仰拱底部设置浊度孔，对于铁路隧道极易出现积水发生细颗粒迁移的部位实现了泥浆的集排。
[0028]本专利技术的隧道冒浆试验装置，隧道衬砌缩尺模型外侧布设分布式传感光纤，更加全面的实时监测其动力响应。
附图说明
[0029]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，其特征是，包括用于注入模拟岩土体填土的模型加载箱体，模型加载箱体的侧部和顶部设置挤压机构对填土进行挤压；所述模型加载箱体横向开设隧道模型孔洞用以放置隧道相似模型，隧道相似模型内设置钢桁架梁，钢桁架梁两侧顶部均设置纵向的作动器，钢桁架梁底部连接车轮组；所述模型加载箱体还与渗流供水装置连接，以对模型加载箱体中填土进行供水。2.如权利要求1所述的力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，其特征是，所述渗流供水装置包括水箱，水箱与多个上部渗流管、多个底部渗流管连接，上部渗流管设置于模型加载箱体顶部，底部渗流管设置于模型加载箱体底部，水箱和上部渗流管、底部渗流管连通处设置阀门。3.如权利要求2所述的力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，其特征是，所述水箱上部设置水压计与水位监测计；上部渗流管和底部渗流管竖向上下对称布置，外部均使用滤纸包裹；所述水箱和液压泵连接，液压泵和电机连接。4.如权利要求1所述的力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，其特征是，所述隧道相似模型处设置浊液集排装置，浊液集排装置包括设置于隧道相似模型仰拱的环向盲管和纵向盲管，环向盲管和纵向盲管均带有孔洞。5.如权利要求4所述的力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，其特征是，在模型加载箱体仰拱及其填充接触部位、仰拱底部竖直方向设置浊度孔，环向盲管和纵向盲管连通，纵向盲管和浊度孔连通，以由浊度孔收集浊液。6.如权利要求1所述的力学耦合条件下隧道冒浆试验装置，其特征是，所述模型加载箱体左右两侧、顶部开口设置；所述挤压机构包括上部挤压机构和侧部挤压机构，上部挤压机构与上部盖板连接，上部盖板设置于模型加载箱体顶部，侧部挤压机构与夹板连接，夹板设置于模型加载箱体左右两侧，夹板、上部盖板与模型加载箱体的内壁密封配...

【专利技术属性】
技术研发人员：马川义，蒋红光，王新宇，张宁，王川，姚占勇，梁明，姚凯，李利平，王旌，侯福金，薛志超，王凯，王勇，张帅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：