隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置的制造方法
【專利摘要】隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置，以對不同級配、密實度、水位和滲流工況因隧道開挖引起的空洞地層變形進行全過程模擬，為理論和數值研究提供佐證，為現場監測數據提供印證，為實際的工程措施提供依據。包括實驗箱體和試驗傳感器，實驗箱體具有上端開口，其前側壁為透明面板，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結構，實驗箱體兩側底部設置有可關閉的排水通道。拱形結構的中央部位固定設置有上端口與實驗箱體內部空間相通的柱狀砂體容器，該砂體容器的下端口設置有可開啟的底蓋。
【專利說明】
隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及土木工程，特別涉及一種隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置，本裝置可以對不同級配、密實度、水位和滲流工況，因隧道開挖引起的空洞地層變形進行全過程模擬。
【背景技術】
[0002]由于復雜的環境條件使得城市地下工程面臨較大的安全風險，大量研究成果表明:施工過程中的地層變形是隧道工程安全事故的主要根源，而地層空洞是城市隧道工程地層滯后沉降的主要原因。隨著我國城市交通工程的快速發展，開展因隧道開挖引起的地層沉降機理領域的研究，具有非常好的工程和社會意義，本裝置的研制正是在以上背景條件下展開的。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置，以對不同級配、密實度、水位和滲流工況因隧道開挖引起的空洞地層變形進行全過程模擬，為理論和數值研究提供佐證，為現場監測數據提供印證，為實際的工程措施提供依據。
[0004]本實用新型解決上述技術問題所采取的技術方案如下:
[0005]本實用新型的隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置包括實驗箱體和試驗傳感器，其特征是:所述實驗箱體具有上端開口，其前側壁為透明面板，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結構，實驗箱體兩側底部設置有可關閉的排水通道;所述拱形結構的中央部位固定設置有上端口與實驗箱體內部空間相通的柱狀砂體容器，該砂體容器的下端口設置有可開啟的底蓋。
[0006]本實用新型的有益效果是，該裝置可以對不同級配、密實度、水位和滲流工況，因隧道開挖引起的空洞地層變形進行全過程模擬，其成果可為理論和數值研究提供佐證，為現場監測數據提供印證，為實際的工程措施提供依據。
【附圖說明】
[0007]本說明書包括如下四幅附圖。
[0008]圖1是本實用新型隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置的結構示意圖；
[0009 ]圖2是沿圖1中B-B線的剖視圖；
[0010]圖3是沿圖2中C-C線的剖視圖；
[0011]圖4是沿圖1中A-A線的剖視圖。
[0012]圖中示出構件名稱及所對應的標記:實驗箱體10、透明面板11、拱形結構12、排水通道13、砂體容器20、砂體塑形杯21、位移傳感器31、應變式土壓力盒32、孔隙水壓力傳感器33ο【具體實施方式】:
[0013]為進一步闡述本發明所采用的技術手段，下面結合附圖對具體實施例說明如下。
[0014]參照圖1、圖2、圖3和圖4，本實用新型的隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置，包括實驗箱體10和試驗傳感器。所述實驗箱體10具有上端開口，其前側壁為透明面板11，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結構12，實驗箱體10兩側底部設置有可關閉的排水通道13。所述拱形結構12的中央部位固定設置有上端口與實驗箱體10內部空間相通的柱狀砂體容器20，該砂體容器20的下端口設置有可開啟的底蓋。
[0015]參照圖2和圖3，拱形結構12用于模擬隧道襯砌，柱狀砂體容器20用于盛放砂體，模擬拱頂空洞。為便于成型，所述砂體容器20的上部配置有砂體塑形杯21。參照圖4，排水通道13實驗箱體10的左側壁、右側壁底部各沿寬度方向間隔設置2個，排水通道13的外端安裝有開啟閥門，內端則設置有鋼絲網墊層，防止砂土入而堵塞閥門。
[0016]參照圖1，所述試驗傳感器包括位移傳感器31、應變式土壓力盒32和孔隙水壓力傳感器33，位移傳感器31、應變式土壓力盒32在實驗箱體10內填土層內分層布設，均位于一豎向平面上。孔隙水壓力傳感器33布設在實驗箱體10底部靠近排水通道13部位處。各位移傳感器31、應變式土壓力盒32和孔隙水壓力傳感器33傳感器都通過信號傳輸線連接外接信號接收裝置。
[0017]圖1中示出了一種具體布設方式，10個位移傳感器31、4個應變式土壓力盒32、I個孔隙水壓力傳感器33均位于同一豎向平面上。其中，10個位移傳感器31分三層橫向等距離排布在土體層中，第一層放置5個，位于土體層表面；第二層放置4個，位于土體層表面下40cm處;第三層放置I個，位于土體層表面下65cm處，拱形結構12正上方。4個應變式土壓力盒32也分三層排布在土體中，第一個放置在土體層表面下25cm所在平面的中心處;第二個放置在第一個正下方，距離第一個32cm;最后兩個對稱分布在拱形結構12兩側，距離土體表面87cm。具體布置如圖1所示。傳感器都通過信號傳輸線連接外接信號接收裝置。
[0018]本實用新型的隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置的實驗準備過程如下:
[0019]1、檢查實驗箱體10及各連接部位完整性，關閉所有排水通道13的排水閥，關閉砂體容器20底蓋，放置砂體塑形杯21;
[0020]2、根據實驗項目，將提前配置好的巖土體分層填入箱體；
[0021 ] 3、巖土體填平至拱形結構12拱頂，開始往砂體容器20中填入細沙，并用砂體塑形杯21固定砂體形狀，待填土到砂體塑形杯21頂部時取出砂體塑形杯21，細沙大小形狀為模擬空洞的大小形狀，可根據需要進行調整；
[0022]4、待土體填到相應高度時，放置相應試驗傳感器；
[0023]5、將所有傳感器線路連接信號接收裝置，調試裝置。
[0024]試驗過程如下:
[0025]1、調試整套裝置，檢查線路是否都正常連接；
[0026]2、打開所有排水通道13的排水閥，用灑水器在實驗箱體10內填土層表面均勻灑水，直至排水閥中有水滲出一段時間。在此之后，每隔一段時間進行灑水一次。間隔時間及灑水時間根據地層及實驗要求進行調整，模擬自然狀態下的砂卵石固結過程；
[0027]3、待填土層達到預設固結狀態，開始變形實驗；
[0028]4、打開信號接收裝置，開始持續讀取數據直至實驗結束；
[0029 ] 5、打開砂體容器20的底蓋，掏出其中模擬空洞的砂體，制造地層中空洞，并對所掏出的砂體進行體積量測；
[0030]6、觀察地層變形及傳感器數據變化，直至空洞發生塌陷；
[0031]7、繼續觀察地層變形，并對傳感器數據進行監測，直至系統穩定。
[0032]以上所述只是用圖解說明本實用新型隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置的一些原理，并非是要將本實用新型局限在所示和所述的具體結構和適用范圍內，故凡是所有可能被利用的相應修改以及等同物，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。
【主權項】
1.隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置，包括實驗箱體(10)和試驗傳感器，其特征是:所述實驗箱體(10)具有上端開口，其前側壁為透明面板(11)，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結構(12)，實驗箱體(10)兩側底部設置有可關閉的排水通道(13);所述拱形結構(12)的中央部位固定設置有上端口與實驗箱體(10)內部空間相通的柱狀砂體容器(20)，該砂體容器(20)的下端口設置有可開啟的底蓋。2.如權利要求1所述的隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置其特征是:所述砂體容器(20)的上部配置有砂體塑形杯(21)。3.如權利要求1所述的隧道工程環境地層空洞變形模擬裝置，其特征是:所述試驗傳感器包括位移傳感器(31)、應變式土壓力盒(32)和孔隙水壓力傳感器(33)，位移傳感器(31)、應變式土壓力盒(32)在實驗箱體(10)內填土層內分層布設，孔隙水壓力傳感器(33)布設在實驗箱體(1)底部靠近排水通道(13)部位處。
【文檔編號】G09B23/40GK205428345SQ201521046673
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月15日
【發明人】羅世培, 巫錫勇, 林剛, 趙思遠, 郭俊, 廖昕, 朱宏海, 王森, 楊征, 牟迪, 馮亮, 宋同偉, 劉觀龍, 陶星, 李濤
【申請人】中鐵二院工程集團有限責任公司, 西南交通大學