【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程领域，特别涉及一种模拟地质偏压隧道的试验装置及方法。
技术介绍
1、偏压隧道是指由于地形不对称或者地质岩层因素，造成隧道结构两面荷载不对称的情况，地质偏压即是指由特殊地质构造(如倾斜层状岩体等)引起的偏压现象，倾斜层状岩体自身可以维持在稳定状态，但是在受到施工扰动，尤其是在钻爆法施工时，倾斜层状岩体很容易发生变形破坏，在受到施工扰动时发生应力的重新分布，易产生滑移等现象。因此在对这列特殊地质构造进行隧道开挖时，为了确保施工的安全和顺利进行，通常需要提前进行预测分析。常用的预测分析方法包括隧道超前地质预报和数值模拟，隧道超前地质预报主要利用地质调查、钻探、物探等方法对施工掌子面前方不良地质体的性质、位置、规模等进行预测，由于隧道的地质偏压问题通常在出现在深部隧道中，超前地质预报存在一定的困难性，且无法预测挖掘过程中遇到的全部工程问题，存在一定的局限性；数值模拟通常借助有限元软件计算，但由于土体物理学参数难以精确获取，数值模拟可能存在偏差，无法作为单独指导实际工程施工或证明科学研究发现。此外，在目前的预测分析方法中，缺少对施工相关的隧道围岩的动力扰动响应机制的研究，导致地质偏压隧道的可靠性下降。
2、基于此，亟需设计出一种能够应用于地质偏压隧道的试验装置及方法，以预测隧道开挖过程中的工程问题，从而有利于提高地质偏压隧道的可靠性，进而确保施工的周期，提高施工的安全性和经济性。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题的至少之一，本专利技术提供了一种模拟地质偏
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术公开了一种模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，包括：
3、模拟箱；
4、倾斜岩层介质，设置于所述模拟箱内，所述倾斜岩层介质的内部开设有隧道并在所述隧道的外周形成围岩；
5、角度调节机构，设置于所述模拟箱内并承托于所述倾斜岩层，所述角度调节机构用于调节所述倾斜岩层介质相对所述模拟箱的倾斜角度；
6、加载机构，设置于所述模拟箱外，用于对所述模拟箱施加压力；
7、测试机构，设置于所述隧道内，所述测试机构用于对所述围岩施加扰动并采集所述围岩的动力数据。
8、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，角度调节机构包括承托模块和调节模块，所述承托模块连接于所述模拟箱的底壁并承托于所述倾斜岩层介质，所述调节模块用于调节所述承托模块相对所述模拟箱的倾斜角度。
9、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述承托模块包括承托板、第一支座以及转动部件，所述第一支座连接于所述底壁，所述转动部件连接于所述第一支座与所述承托板，所述转动部件用于带动所述承托板转动，所述倾斜岩层介质承靠于所述承托板的背离所述转动部件的一侧，所述调节模块与所述第一支座间隔设置，且所述调节模块连接于所述承托板与所述底壁。
10、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述调节模块包括第一高度调节组件和第一连接组件，所述第一高度调节组件连接于所述底壁与所述第一连接组件，所述第一连接组件可活动连接于所述承托板，所述第一高度调节组件沿所述试验装置的高度方向的尺寸可调节。
11、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述第一连接组件包括第一套接件与第一转动件，所述第一套接件包括第一球形壳和中空的第一板套，所述第一板套可活动套接于所述承托板，所述第一球形壳连接于所述第一板套且所述第一球形壳具有第一安装空间和连通第一安装空间的第一开口，所述第一开口朝向所述第一高度调节组件设置，所述第一转动件安装于所述第一高度调节组件的远离所述底壁的一端，且所述第一转动件可转动连接于所述第一球形壳并至少部分经由所述第一开口伸入所述第一安装空间内。
12、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述承托板包括第一板部件与第二板部件，所述第一板部件套接于所述第二板部件，所述转动部件连接于所述第一板部件的远离所述第二板部件的一端，所述调节模块连接于所述第一板部件。
13、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述角度调节机构还包括支撑模块，所述支撑模块包括第二高度调节组件和第二连接组件，所述第二高度调节组件连接于所述底壁与所述第二连接组件，所述第二连接组件可活动连接于所述第二板部件和/或所述第一板部件，所述第二高度调节组件沿所述试验装置的高度方向的尺寸可调节。
14、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述测试机构包括扰动施加单元和动力检测单元，所述扰动施加单元与所述动力检测单元支撑于所述隧道的内壁，且所述扰动施加单元安装于所述隧道的掌子面。
15、作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述扰动施加单元包括第一壳体、控制部分以及扰动施加部分，所述扰动施加部分包括第一电磁铁、第一永磁铁以及第一弹性件，所述控制部分、所述第一电磁铁、第一永磁铁以及所述第一弹性件均设置于所述第一壳体内，所述第一壳体支撑于所述隧道的内壁，所述控制部分电连接于所述第一电磁铁，所述第一弹性件的两端分连接于所述第一电磁铁与所述第一永磁铁，所述控制部分用于改变所述第一电磁铁的磁性，以使所述第一永磁铁向远离或靠近所述第一电磁铁的方向运动；和/或，
16、所述动力检测单元包括第二壳体、检测部分、供电部分以及无线传输部分，所述供电部分与所述无线传输部分均设置于所述第二壳体内，所述第二壳体支撑于所述隧道的内壁，所述第二壳体的外周设有安装孔，所述检测部分安装于所述安装孔，所述供电部分与所述无线传输部分均电连接于所述检测部分，所述检测部分用于采集所述围岩的动力数据并传输至所述无线传输部分。
17、第二方面，本专利技术公开了一种模拟地质偏压隧道的试验方法，其特征在于，采用如上述第一方面所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，所述试验方法包括如下步骤：
18、提供所述模拟地质偏压隧道的试验装置；
19、通过角度调节机构调节所述倾斜岩层介质相对所述模拟箱的倾斜角度；
20、启动所述加载机构以对所述模拟箱施加压力；
21、启动所述测试机构，当所述测试机构检测到所述围岩的压力数据稳定后，对所述围岩施加扰动并采集所述围岩的动力数据。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
23、本专利技术实施例提供的一种模拟地质偏压隧道的试验装置及方法，该模拟地质偏压隧道的试验装置包括模拟箱、倾斜岩层介质、角度调节机构、加载机构以及测试机构，倾斜岩层介质与角度调节机构设置于模拟箱内，且模拟箱承托于倾斜岩层，角度调节机构用于调节倾斜岩层介质相对模拟箱的倾斜角度，以使倾斜岩层介质相对模拟箱的倾斜角度更接近实际施工中的倾斜岩层的倾斜角度，提高试验装置的可靠性，同时加载机构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，角度调节机构包括承托模块和调节模块，所述承托模块连接于所述模拟箱的底壁并承托于所述倾斜岩层介质，所述调节模块用于调节所述承托模块相对所述模拟箱的倾斜角度。
3.根据权利要求2所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述承托模块包括承托板、第一支座以及转动部件，所述第一支座连接于所述底壁，所述转动部件连接于所述第一支座与所述承托板，所述转动部件用于带动所述承托板转动，所述倾斜岩层介质承靠于所述承托板的背离所述转动部件的一侧，所述调节模块与所述第一支座间隔设置，且所述调节模块连接于所述承托板与所述底壁。
4.根据权利要求3所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述调节模块包括第一高度调节组件和第一连接组件，所述第一高度调节组件连接于所述底壁与所述第一连接组件，所述第一连接组件可活动连接于所述承托板，所述第一高度调节组件沿所述试验装置的高度方向的尺寸可调节。
5.根据权利要求4所述的模拟地质偏压隧道的试验装
6.根据权利要求3所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述承托板包括第一板部件与第二板部件，所述第一板部件套接于所述第二板部件，所述转动部件连接于所述第一板部件的远离所述第二板部件的一端，所述调节模块连接于所述第一板部件。
7.根据权利要求6所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述角度调节机构还包括支撑模块，所述支撑模块包括第二高度调节组件和第二连接组件，所述第二高度调节组件连接于所述底壁与所述第二连接组件，所述第二连接组件可活动连接于所述第二板部件和/或所述第一板部件，所述第二高度调节组件沿所述试验装置的高度方向的尺寸可调节。
8.根据权利要求1所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述测试机构包括扰动施加单元和动力检测单元，所述扰动施加单元与所述动力检测单元支撑于所述隧道的内壁，且所述扰动施加单元安装于所述隧道的掌子面。
9.根据权利要求8所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述扰动施加单元包括第一壳体、控制部分以及扰动施加部分，所述扰动施加部分包括第一电磁铁、第一永磁铁以及第一弹性件，所述控制部分、所述第一电磁铁、第一永磁铁以及所述第一弹性件均设置于所述第一壳体内，所述第一壳体支撑于所述隧道的内壁，所述控制部分电连接于所述第一电磁铁，所述第一弹性件的两端分连接于所述第一电磁铁与所述第一永磁铁，所述控制部分用于改变所述第一电磁铁的磁性，以使所述第一永磁铁向远离或靠近所述第一电磁铁的方向运动；和/或，
10.一种模拟地质偏压隧道的试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，所述试验方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，角度调节机构包括承托模块和调节模块，所述承托模块连接于所述模拟箱的底壁并承托于所述倾斜岩层介质，所述调节模块用于调节所述承托模块相对所述模拟箱的倾斜角度。
3.根据权利要求2所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述承托模块包括承托板、第一支座以及转动部件，所述第一支座连接于所述底壁，所述转动部件连接于所述第一支座与所述承托板，所述转动部件用于带动所述承托板转动，所述倾斜岩层介质承靠于所述承托板的背离所述转动部件的一侧，所述调节模块与所述第一支座间隔设置，且所述调节模块连接于所述承托板与所述底壁。
4.根据权利要求3所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述调节模块包括第一高度调节组件和第一连接组件，所述第一高度调节组件连接于所述底壁与所述第一连接组件，所述第一连接组件可活动连接于所述承托板，所述第一高度调节组件沿所述试验装置的高度方向的尺寸可调节。
5.根据权利要求4所述的模拟地质偏压隧道的试验装置，其特征在于，所述第一连接组件包括第一套接件与第一转动件，所述第一套接件包括第一球形壳和中空的第一板套，所述第一板套可活动套接于所述承托板，所述第一球形壳连接于所述第一板套且所述第一球形壳具有第一安装空间和连通第一安装空间的第一开口，所述第一开口朝向所述第一高度调节组件设置，所述第一转动件安装于所述第一高度调节组件的远离所述底壁的一端，且所述第一转动件可转动连接于所述第一球形壳并至少部分经由所述第一开口伸入所述第一安装空间内。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：李新平，魏鑫，朱应伟，瞿登星，李文杰，张超，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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