一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置，包括模型箱、隧道衬砌模型、注水管、传感器。注水管在模型箱内纵向7排分布，划归为3层通过进水阀门分层控制注水。传感器有湿度传感器、土压力盒、百分表、应变片，在模型箱泥岩中及隧道衬砌模型上按一定尺寸布置。本实用新型专利技术是以工程实际中泥岩遇水膨胀影响隧道衬砌的稳定性为基础，结合相似理论，探究推算围岩的含水率和膨胀率变化规律、隧道衬砌的应力和变形规律。结构简单，原理易懂。三层独立的注水方式。具有可操作性强、经济性好等优点。性好等优点。性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置


[0001]本专利技术属于岩土工程领域，涉及一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置。

技术介绍

[0002]膨胀泥岩是一种具有特殊工程性质的特殊软岩，其胀缩特性、流变特性及强度特性等严重危害着隧道工程的建设及运营，是目前岩石力学和地下工程领域最复杂的世界性研究课题之一。对于膨胀泥岩地区隧道的建设，国内外的专家及学者进行了大量的研究，但仍然对其工程特性、变形机理及力学响应规律等认识不足，为隧道的建设以及后期运营的稳定性带来了困难，留下了安全隐患。因此，为了避免此类工程问题的出现，有必要对膨胀泥岩地区隧道衬砌稳定性开展研究。
[0003]结构模型试验目前是工程结构设计和理论研究工作的重要手段之一。结构模型试验的对象大多是实际结构的模型，通过缩小或放大的方法，在最大程度上反映原型结构的力学和变形特征。其作为一种研究手段，具有可操作性强、计算简便、经济性好等优点。模型试验不仅可以形象的模拟各种复杂的地质环境和边界，而且还能模拟出地下工程结构的变形破坏机制及其围岩应力大小、分布规律等。
[0004]泥岩易受温度、降雨及空气等自然因素的影响，其中，水对泥岩结构的破坏最显著且不可逆。泥岩在与水接触中易膨胀变形，从而对工程结构造成影响。泥岩与隧道结构，前人已专利技术了许多装置和方法进行研究并取得了众多成果，如隧道涌水模拟试验装置、隧道结构破坏过程装置等等，但关于泥岩膨胀对隧道结构的影响的研究较少，本专利技术由此提出模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置。r/>
技术实现思路

[0005]本技术针对上述问题，提供了一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置。
[0006]本技术技术方案：一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置，包括模型箱、水箱、数据采集系统，模型箱内填充泥岩，原状泥岩摊铺晾晒、自然风干、压破碾碎，分层压实填入，水箱与模型箱间通过注水管相连，注水管伸入泥岩内部，数据采集系统包括湿度传感器、百分表、土压力盒、应变片，湿度传感器连接湿度传感器记录仪，土压力盒连接土压力采集仪，应变片连接应变片采集仪，模型箱内埋置隧道衬砌模型，模型箱侧壁开设隧道衬砌模型截面形状的孔，隧道衬砌模型两端端口所处高度与孔高度相同，湿度传感器、土压力盒埋设于泥岩中，百分表穿过模型箱侧壁开孔安置到隧道衬砌模型内部，测头与隧道衬砌模型内壁接触，应变片安装黏贴在隧道衬砌模型外表面上；注水管伸入泥岩内部的管壁为渗水壁，管壁上以10mm的间隔均匀布有孔径2mm的微孔，管道外部缠绕两层土工布，并将末端管口封闭，注水管以上下向分为三层布设，分别为第一层注水管、第二层注水管、第三层注水管，各层注水管通过各自的进水软管、阀门连接到总阀门、水箱，注水管为叉
形形状，沿模型箱宽度方向设多根渗水管，沿模型箱长度方向设一根连通渗水管的管，即第一层注水管经第一层注水管进水软管、第一层注水管阀门、总阀门连通水箱，第二层注水管经第二层注水管进水软管、第二层注水管阀门、总阀门连通水箱，第三层注水管经第三层注水管进水软管、第三层注水管阀门、总阀门连通水箱。
[0007]优选的，模型箱的尺寸：长度2500mm
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宽度1000mm
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高度1500mm，底面与四个侧面通过角钢和螺栓紧固连接成框架（角钢截面尺寸为500mm
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500mm，长度方向与高度方向构成的两个面各需15个角钢框架，长度方向与宽度方向构成的一个面需10个角钢框架，宽度方向与高度方向构成的两个面各需要6个角钢框架），框架内各面放置厚度为10mm的亚克力板，封闭角缝隙，组成封闭空间。
[0008]优选的，隧道衬砌模型的尺寸为长度1000mm
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宽度420mm
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高度350mm，衬砌厚度为30mm。
[0009]优选的，第一层注水管、第二层注水管、第三层注水管为直径16mm的PVC管，沿上下向共分布7排，第一层注水管共2排，在最上排和最下排，每排沿模型箱宽度方向共6根管道并由沿模型箱长度方向的1根管道连接；第二层注水管共2排，与第一层注水管相邻，每排沿模型箱宽度方向共5根管道并由沿模型箱长度方向的1根管道连接；第三层注水管共3排，位于第二层注水管之间，中间一排的管道沿模型箱宽度方向共5根管道并由沿模型箱长度方向的1根管道连接，中间两旁的2排管道每排沿模型箱宽度方向共6根管道并由沿模型箱长度方向的1根管道连接。
[0010]优选的，水箱尺寸：长度500mm
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宽度500mm
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高度800mm。
[0011]优选的，湿度传感器呈梅花形布置。
[0012]本技术有益效果：依据相似理论（相似比1:30）设计室内隧道缩尺模型试验对膨胀土地区隧道衬砌模型进行模拟，通过改变泥岩的含水率模拟隧道围岩遇水膨胀，实现隧道衬砌模型应力应变改变的目的，测试泥岩膨胀力对隧道衬砌结构的影响，其中包含土压力、变形值、应变值和含水率变化值。方便研究膨胀性围岩在注水条件下发生膨胀后围岩产生的膨胀力对衬砌结构的荷载作用及在注水过程中衬砌的应力、变形变化规律和围岩含水率的变化规律。本专利技术提供的试验装置，结构简单，原理易懂，可以有三层独立的注水方式以在距离隧道衬砌模型不同距离处的泥岩发生膨胀，从而影响隧道衬砌模型的稳定性。通过数据采集系统得到土压力、变形值、应变值和含水率。是通过缩小的方法以相似理论为基础研究实际工程结构的模型，在最大程度上反映原型结构的力学和变形特征。具有可操作性强、经济性好等优点。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的结构示意图；
[0014]图2为本专利技术的注水管结构示意图；
[0015]图3为本专利技术的应变片布置图；
[0016]图4为本专利技术的土压力盒布置图；
[0017]图5为本专利技术的湿度传感器布置图；
[0018]图6为本专利技术的百分表布置图。
具体实施方式
[0019]为了更好了解本专利技术装置，下面结合附图对本专利技术装置作进一步的描述：
[0020]如图1至图6所示，本专利技术装置包括模型箱1、隧道衬砌模型7、注水系统、数据采集系统。
[0021]所述的注水系统包括第一层注水管8、第二层注水管9、第三层注水管10、第一层注水管进水软管11、第二层注水管进水软管12、第三层注水管进水软管13、第一层注水管阀门14、第二层注水管阀门15、第三层注水管阀门16、总阀门17、水箱18。第一层注水管8经第一层注水管进水软管11、第一层注水管阀门14、总阀门17连通水箱18，第二层注水管9经第二层注水管进水软管12、第二层注水管阀门15、总阀门17连通水箱18，第三层注水管10经第三层注水管进水软管13、第三层注水管阀门16、总阀门17连通水箱18。注水管伸入泥岩5内部的管壁为渗水壁，其上按10mm的间隔均匀布置有孔径2mm的微孔，管道外部缠绕两层土工布，并将末端管口封闭，达到透水隔土的作用，防止土颗粒堵塞出水孔。第一层注水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置，包括模型箱（1）、水箱（18）、数据采集系统，模型箱（1）内填充泥岩（5），水箱（18）与模型箱（1）间通过注水管相连，注水管伸入泥岩（5）内部，数据采集系统包括湿度传感器（2）、百分表（3）、土压力盒（4）、应变片（6），湿度传感器（2）连接湿度传感器记录仪，土压力盒（4）连接土压力采集仪，应变片（6）连接应变片采集仪，其特征在于，模型箱（1）内埋置隧道衬砌模型（7），模型箱（1）侧壁开设隧道衬砌模型截面形状的孔，隧道衬砌模型（7）两端端口所处高度与模型箱（1）侧壁开孔高度相同，湿度传感器（2）、土压力盒（4）埋设于泥岩（5）中，百分表（3）穿过模型箱（1）侧壁开孔安置到隧道衬砌模型（7）内部，测头与隧道衬砌模型（7）内壁接触，应变片（6）安装黏贴在隧道衬砌模型（7）外表面上；注水管伸入泥岩（5）内部的管壁为渗水壁，管壁上以10mm的间隔均匀布有孔径2mm的微孔，管道外部缠绕两层土工布，并将末端管口封闭，注水管以上下向分为三层布设，分别为第一层注水管（8）、第二层注水管（9）、第三层注水管（10），各层注水管（8）通过各自的进水软管、阀门连接到总阀门（17）、水箱（18），注水管形状为叉形，沿模型箱宽度方向设多根渗水管，沿模型箱长度方向设一根连通渗水管的管。2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道结构及其围岩渗水膨胀的模型试验装置，其特征在于，模型箱（1）的尺寸：长度2500mm
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宽度1000mm
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高度1500mm，底面与四个侧面通过角钢和螺栓紧固连接成框架，框架...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟，马丽娜，陈兵章，李旦合，石磊，杨盼盼，袁丽敏，张戎令，王斌文，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：新型
国别省市：