一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置及其测试方法，属于岩土工程技术领域。该装置包括加载装置、模型箱和计算机控制系统；加载装置用于对模型箱进行加载，模型箱连接有可移动式开挖驱动装置，计算机控制系统分别与加载装置和可移动式开挖驱动装置连接；模型箱正面设有贯穿于模型箱的整个隧道断面的支护薄管，支护薄管内连接有隧道开挖块，由若干个开挖块组成的隧道开挖块连接有螺纹杆；可移动式开挖驱动装置上设置有抽管装置，抽管装置能够控制螺纹杆的抽管顺序、抽管长度和抽管速率。该装置能对抽管方式和抽管速率进行调节，以模拟隧道不同的开挖方法和开挖速率，实现多种工法开挖与支护的模拟。实现多种工法开挖与支护的模拟。实现多种工法开挖与支护的模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置及其测试方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置及其测试方法。

技术介绍

[0002]在实际的隧道工程问题中，由于隧道址区的工程条件复杂多样以及现场施工条件的限制，仅仅依靠现场监测以及数值分析的方法往往很难得出隧道围岩、支护结构准确的应力、变形数据及规律，而室内模型试验可以近似地模拟实际问题，并能形象地呈现出施工过程中动态变化规律，进而能与现场监测以及数值分析结果相对比，起到相互验证的效果。
[0003]目前，现有的隧道模型试验装置模拟隧道的开挖与支护，主要通过人工以及半自动机械装置实现。对于圆形断面隧道，目前已有大量隧道模型试验装置可通过机械装置实现隧道断面的开挖与支护；对于非圆形断面隧道，由于断面形状以及开挖方法的多样性，非圆形断面隧道在模型试验中常采用人工开挖与支护的方法，但由于模型试验为现场施工的缩尺模型，隧道断面的空间较小，人工开挖与支护的精度难以保证，而且现有的以机械实现隧道开挖与支护的隧道模型试验装置，大多数只考虑了隧道模型全断面开挖工法的开挖与支护，或者单个工法的开挖与支护，并不能实现隧道模型多种工法的开挖与支护。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置及其测试方法，解决现有的隧道模型试验装置不能实现隧道模型多种工法的开挖与支护的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：r/>[0006]本专利技术公开了一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，包括：加载装置、模型箱和计算机控制系统；加载装置用于对模型箱进行加载，模型箱连接有可移动式开挖驱动装置，计算机控制系统分别与加载装置和可移动式开挖驱动装置连接；
[0007]模型箱正面设有贯穿于模型箱的整个隧道断面的支护薄管，支护薄管内连接有隧道开挖块，所述隧道开挖块由若干个开挖块组成，所述隧道开挖块连接有螺纹杆；可移动式开挖驱动装置上设置有抽管装置，抽管装置能够控制螺纹杆的抽管顺序、抽管长度和抽管速率。
[0008]优选地，模型箱还连接有突涌水模拟装置，所述突涌水模拟装置包括供压装置、软管、调压装置和储水体，供压装置与调压装置之间、储水体与调压装置之间均通过软管连接，调压装置与计算机控制系统连接。
[0009]优选地，还包括自平衡式隧道模型加载反力架，加载装置设置在自平衡式隧道模型加载反力架上。
[0010]优选地，所述模型箱包括荷载转化装置和箱体，荷载转化装置包括加载板和垫条，若干个垫条设置在加载板下面，荷载转化装置能够嵌入箱体内部，支护薄管设置在箱体内
部。
[0011]进一步优选地，箱体包括可拆卸式板块、侧面固定板块和前后固定板块，可拆卸式板块侧面设置有凸块，前后固定板块侧面设置有与凸块滑动连接的凹槽；可拆卸式板块上设置有开挖断面通孔，支护薄管设置在开挖断面通孔中。
[0012]进一步优选地，所述箱体由透明材料制成。
[0013]优选地，可移动式开挖驱动装置还包括依次连接的升降杆、升降套筒、滑块、滑轨和小车，抽管装置设置在升降杆顶部。
[0014]进一步优选地，所述抽管装置两侧连接有可更换面板，可更换面板上设有若干个抽管孔，抽管孔与螺纹杆相配合。
[0015]进一步优选地，抽管装置内部设置有多个电机，滑轨前后两侧设置有限位块。
[0016]本专利技术还公开了上述一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置的测试方法，根据不同的开挖工法选择对应的可更换面板、隧道开挖块和不同数量的螺纹杆，通过计算机控制系统控制抽管装置，将隧道开挖块按照设定的速度抽出，完成不同的工法的开挖与支护。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术提供的一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，模型箱用于装载模拟隧道所处的岩土类材料，并为隧道开挖提供必要条件，尽可能地使隧道模型试验与真实的隧道工程开挖与支护相近。加载装置用于对隧道模型进行加载。将计算机控制系统分别与加载装置和可移动式开挖驱动装置连接，通过计算机控制系统控制加载装置的加载，以模拟隧道不同的埋深，并且通过计算机控制系统实现可移动式开挖驱动装置中抽管装置的抽管方式和抽管速率的调节，以模拟隧道不同的开挖方法和开挖速率，因而该装置能够解决现有的隧道模型试验装置不能实现隧道模型多种工法的开挖与支护的问题。
[0019]进一步地，在原有的能够模拟多种工法开挖与支护的基础上，增加了突涌水模拟装置，通过计算机系统控制突涌水模拟装置以实现突涌水模拟装置突涌水水压和突涌水时间，使模拟装置的功能不再单一，能够更好地模拟实际工程中的隧道开挖会遇到各种地质条件，如隧道偏压受力、突涌水等不良地质条件。既能模拟隧道垂向偏压受力、突涌水的不良地质条件，又能满足隧道模型多种工法的开挖与支护。
[0020]进一步地，荷载转化装置可将垂向均匀荷载转化为非均匀荷载，以模拟实际工程中隧道穿越不同坡度的地形所面临的不同偏压程度。
[0021]进一步地，可拆卸板块与前后固定板块通过凸块与凹槽滑动连接，方便变换不同尺寸和不同大小的隧道开挖断面。
[0022]进一步地，模型箱的箱体由透明材料制成，有利于观察隧道变形情况。
[0023]进一步地，抽管装置内部设置有多个电机，前后两侧设置有可更换面板，通过改变不同的可更换面板以及通过计算机控制系统对电机的控制，以实现抽管装置对螺纹杆的抽管方式和抽动速率，进而实现对隧道开挖块的控制。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的整体结构示意图；
[0025]图2是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的模型箱示意图；
[0026]图3是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的可拆卸板块与模型箱连接
方式示意图；
[0027]图4是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的可移动式开挖驱动装置示意图；
[0028]图5是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的突涌水模拟装置示意图；
[0029]图6是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的全断面开挖法开挖与支护工作原理示意图；
[0030]图7是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的上下台阶法开挖与支护工作原理示意图；
[0031]图8是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的单侧壁导坑法开挖与支护工作原理示意图；
[0032]图9是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的中隔壁法开挖与支护工作原理示意图；
[0033]图10是本专利技术的模拟多种工法开挖与支护的试验装置的双侧壁导坑法开挖与支护工作原理示意图。
[0034]其中，1、自平衡式隧道模型加载反力架；2、加载装置；3、模型箱；3
‑
1、第一可拆卸式板块；3
‑1‑
1、凸块；3
‑
2、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，其特征在于，包括：加载装置(2)、模型箱(3)和计算机控制系统(6)；加载装置(2)用于对模型箱(3)进行加载，模型箱(3)连接有可移动式开挖驱动装置(4)，计算机控制系统(6)分别与加载装置(2)和可移动式开挖驱动装置(4)连接；模型箱(3)正面设有贯穿于模型箱(3)的整个隧道断面的支护薄管(8)，支护薄管(8)内连接有隧道开挖块(9)，所述隧道开挖块(9)由若干个开挖块组成，所述隧道开挖块(9)连接有螺纹杆(7)；可移动式开挖驱动装置(4)上设置有抽管装置(4
‑
1)，抽管装置(4
‑
1)能够控制螺纹杆(7)的抽管顺序、抽管长度和抽管速率。2.根据权利要求1所述的一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，其特征在于，模型箱(3)还连接有突涌水模拟装置(5)，所述突涌水模拟装置(5)包括供压装置(5
‑
1)、软管、调压装置(5
‑
3)和储水体(5
‑
6)，供压装置(5
‑
1)与调压装置(5
‑
3)之间、储水体(5
‑
6)与调压装置(5
‑
3)之间均通过软管连接，调压装置(5
‑
3)与计算机控制系统(6)连接。3.根据权利要求1或2所述的一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，其特征在于，还包括自平衡式隧道模型加载反力架(1)，加载装置(2)设置在自平衡式隧道模型加载反力架(1)上。4.根据权利要求1或2所述的一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，其特征在于，所述模型箱(3)包括荷载转化装置和箱体，荷载转化装置包括加载板(3
‑
6)和垫条(3
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7)，若干个垫条(3
‑
7)设置在加载板(3
‑
6)下面，荷载转化装置能够嵌入箱体内部，支护薄管(8)设置在箱体内部。5.根据权利要求4所述的一种模拟多种工法开挖与支护的试验装置，其特征在于，箱体包括可拆卸式板块、侧面固定板块...

【专利技术属性】
技术研发人员：范祥，冯稳稳，王彦凯，王乐，吴睿，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：