[发明专利]隧道颗粒土围岩及谷仓效应试验平台

说明书

本发明属于颗粒土体力学研究领域，涉及一种隧道颗粒土及谷仓效应实验平台，实验仓为长方形的箱体，箱体前侧面、后侧面底部上分别有活动门，活动门处分别安装挡板；实验仓的两个端侧面、底面内壁有格栅，格栅的每个格子内为凹槽，凹槽内安装测量器。本发明提供的隧道颗粒土及谷仓效应实验平台，用于对土体底部压力、侧向压力、侧压力系数、锚杆摩擦系数、围岩与隧道相互作用、谷仓效应等参数及现象的测定与观察，并能够进行地下结构的施工及运营阶段模拟，以得到准确的结果指导实际工程与研究。

技术领域

本发明属于颗粒土体力学研究领域，涉及一种隧道颗粒土及谷仓效应实验平台。

背景技术

颗粒物质是存在于自然界和日常生活中，常常能见到的一类物质形态，如自然界中的砂子、石块、土壤、雪粒等，生活中常见的有糖粒、食盐、粮食等以及工业生产中常见到的有药品、矿石等。在力学中颗粒物质被定义为由大量颗粒以各种复杂连接方式所组成的物质体系，在该体系中颗粒的直径大于1μm。

近年来，随着我国国民经济的迅速发展，城市地下空间的开发和利用越来越受到重视，越来越多的城市规划和修建大量的地下铁道、市政隧道、地下车站等地下工程设施，尤其是随着城市地下综合管廊的数量逐渐增加，在我国大多数城市地下工程中，会遇到颗粒物质地层情况。

在工程领域，土体的物质成分、形成过程、历史变迁及其所处的自然环境极为复杂多变，使得土的组成和性质也千变万化。在进行地基或者地下结构的强度、承载力、变形、沉降、稳定等分析计算时，必须充分了解和掌握土体的成因、构造、物理组成、力学性质、变形特征及地下水等基本情况，才能较完善地解决工程实践中所遇到的各种问题。

在科研领域，颗粒土围岩稳定性细观力学特性及运移规律尚不确定；隧道围岩稳定性颗粒围岩分部开挖方式下隧道颗粒性质围岩细观破坏机理研究较少；颗粒性质围岩围岩塌落压力拱演化机理尚不明确；围岩破坏位置及时机不能准确地判断等问题。目前颗粒性质围岩荷载计算主要是以松散体压力理论为基础建立的，但理论推导时，人为规定了许多假设，致使计算结果与围岩实际荷载差别大。

1884年，英国科学家Roberts首次观察到：当筒仓中装入的颗粒物质其高度H相对于仓径D较小时，仓底所感受到的压力几乎正比于H，类似于静态流体对仓底的压力。但当装入筒仓中的颗粒物质达到某个高度时，仓底所感受到的压力则达到一个饱和值而不再增加。这种现象通俗地称为谷仓效应。其原因是颗粒体中出现了一定的剪切应力，它能使颗粒的重量，通过颗粒体与圆筒侧面墙壁的静摩擦行为，转移到墙壁，从而减轻了筒底的受力负担。

谷仓效应对工程领域有很大的研究与应用价值，研究谷仓效应不管对实际工程还是静止的沙堆、谷堆等在日常生活中司空见惯的现象都有很大的价值。但如何分析其中的应力分布至今仍然是一个活跃的研究前沿问题。

发明内容

本发明的目的在于设计一套颗粒性质土综合实验平台。

本发明的技术方案是：

隧道颗粒土及支护结构相互作用实验平台，包括实验仓、反力架、锚杆模拟器；

所述的实验仓为长方体的箱体，箱体包括前侧面、后侧面、两个端侧面、底面以及顶面无顶盖，所述的箱体的底部两端有延伸板，延伸板上有斜支撑，所述的斜支撑与箱体的端侧面相连，形成三角形支撑架；

所述的前侧面、后侧面底部上分别有活动门，活动门处分别安装挡板；

实验仓的两个端侧面和底面内壁分别有格栅，格栅的每个格子内为凹槽，凹槽中部有螺孔；凹槽内安装测量器，所述的测量器包括两块长方体板，分别为上板和下板，所述的上板尺寸比下板大，下板安装在凹槽内，下板中央有螺孔；上板和下板由四根弹簧相连，弹簧关于长方体板的中心点中心对称分布；千分计安装在上板和下板之间。