[发明专利]一种膨胀土地区泥水平衡盾构隧道管片受力分析试验装置

说明书

技术领域

本发明属于地质工程、隧道工程技术领域，尤其是涉及一种膨胀土地区泥水平衡盾构隧道管片受力分析试验装置。

背景技术

1938年美国垦务局在一座钢制的虹吸管工程中，首先发现了膨胀土问题，随后引起了广泛关注。到上世纪60年代，膨胀土问题受到广泛重视而相关研究迅速发展。尤其涉及泥水平衡盾构隧道，在管片安装后残留浆液及地下水持续向隧道周边土体渗透，膨胀土吸水后发生膨胀变形，在管片和周围土体约束下产生膨胀力。以往研究大多采用现场监测手段，然而，由于现场环境较为复杂且干扰因素较多，往往无法获得真实有效的分析管片所受到的膨胀力及膨胀土膨胀范围。综上所述，目前尚无一款能够测试膨胀土地区泥水平衡盾构隧道管片受力的试验装置。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术缺陷而提供的一种膨胀土地区泥水平衡盾构隧道管片受力分析试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种膨胀土地区泥水平衡盾构隧道管片受力分析试验装置，其特征在于，该装置包括主体框架、测量系统和加水系统。

所述的主体框架包括模型箱、活动板、液压千斤顶和试验管片。所述的模型箱整体框架采用角钢支撑，正立面采用固定钢化玻璃，侧立面采用固定钢板，顶底面采用可拆卸钢板；所述的侧立面钢板设有圆形开孔用于试验管片穿越；所述的活动板包含上、下两块，位于模型箱内，可沿竖直方向移动，两块活动板中间为试验膨胀土；所述的液压千斤顶包括两个，分别位于上活动板上方和下活动板下方，用于对试验膨胀土施加竖向荷载；所述的试验管片采用相似材料制作，与侧立面圆形开孔紧密连接。

所述的测量系统包括若干土压力计、若干孔隙水压力计、若干应变片和数据采集仪。所述的土压力计和孔隙水压力计分别布设于活动板内表面以及试验管片周边；所述的土压力计用于测量试验管片周边试验膨胀土应力分布；所述的孔隙水压力计用于测量试验管片周边试验膨胀土孔隙水压力分布；所述的应变片粘贴在试验管片内、外两侧，用于测量管片变形；所述的数据采集仪用于采集并记录土压力计、孔隙水压力计和应变片测量数据。

所述的加水系统包括蠕动泵、软管和毛细管。所述的蠕动泵能够精确控制输水速率；所述的毛细管从试验管片分多个方向将水均匀导入试验管片与试验膨胀土接触带。

本发明的使用：首先将模型箱顶板、上液压千斤顶和上活动板拆除，安装试验管片并粘贴应变片，向模型箱内填放试验膨胀土并分层击实，同时埋设测量所需土压力计与孔隙水压力计，当试验膨胀土填放至预设高度时在其上方分别放置上活动板、上液压千斤顶和模型箱顶板，通过上下液压千斤顶向试验膨胀土施加轴向荷载。设定蠕动泵输水速率，水依次通过软管、毛细管均匀进入试验管片与试验膨胀土接触带。利用数据采集仪采集并记录试验膨胀土各测量点土压力、孔隙水压力和管片变形数据。

本发明技术方案的有益效果：

本发明能够精确测量泥水平衡盾构隧道管片所受到的膨胀力及膨胀土膨胀范围，弥补已有方法不足，能够为工程地质、隧道工程等相关领域提供泥水平衡盾构隧道膨胀土膨胀性能参数。

附图说明

图1为本发明的装置正立面结构示意图；

图2为本发明的装置侧立面结构示意图；

图1中，1为模型箱，2为试验膨胀土，3为试验管片，4为活动板，5为液压千斤顶，6为液压泵，7为蠕动泵，8为软管，9为毛细管，10为土压力计，11为孔隙水压力计，12为应变片，13为数据采集仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

具体实施例中，如图1所示，该装置包括模型箱1，试验膨胀土2，试验管片3，活动板4，液压千斤顶5，液压泵6，蠕动泵7，软管8，毛细管9，土压力计10，孔隙水压力计11，应变片12，数据采集仪13。

模型箱1侧立面设有圆形开孔用于试验管片3穿越。活动板4包含上、下两块，位于模型箱1内，可沿竖直方向移动，两块活动板4中间为试验膨胀土2。液压千斤顶5包括两个，分别位于上活动板4上方和下活动板4下方，用于对试验膨胀土2施加竖向荷载。

土压力计10和孔隙水压力11计分别布设于活动板4内表面和试验管片3周边，用于测量试验膨胀土2应力和孔隙水压力分布，应变片12粘贴在试验管片3内、外两侧，用于测量试验管片3变形，数据采集仪13用于采集并记录测量数据。

如图2所示，毛细管9从试验管片3八个方向将水均匀导入试验管片3与试验膨胀土2接触带。

装置使用时，首先将模型箱1顶板、上液压千斤顶5和上活动板4拆除，安装试验管片3并粘贴应变片12，向模型箱1内填放试验膨胀土2并分层击实，同时埋设测量所需土压力计10与孔隙水压力计11，当试验膨胀土2填放至预设高度时在其上方分别放置上活动板4、上液压千斤顶5和模型箱1顶板，通过上下液压千斤顶5向试验膨胀土2施加轴向荷载。设定蠕动泵7输水速率，水依次通过软管8、毛细管9均匀进入试验管片3与试验膨胀土2接触带。利用数据采集仪13采集并记录试验膨胀土各测量点土压力、孔隙水压力和管片变形数据。