[发明专利]一种管幕支护结构模型试验装置

说明书

技术领域

本发明属于隧道预支护技术领域，具体涉及一种管幕支护结构模型试验装置。

背景技术

管幕法是大断面暗挖隧道的一种常见施工方法，其优势在于能够运用小型化设备建造复杂断面的大型隧道。简单地说，管幕可看作横向紧密排列的钢管桩，这些钢管桩是依靠齿槽密封或在冻结等辅助工法的配合下形成的既挡土又挡水的超前支护，可以在软土地层中安全地以开挖或箱涵顶进的方式构筑大断面的隧道。

管幕法开挖时的力学分析，是岩土性质、边界条件和受力状况都相对复杂的三维问题。目前，关于隧道工程的力学分析方法主要有理论分析、数值分析和模型实验等。然而，基于数学理论力学的方法只能解决一些边界条件等都相对简单的问题，对于一些实际的工程往往因其复杂的受力状况及边界条件而无法求解。数值分析虽然其理论基础比较成熟，但是由于对某些特殊复杂的结构无法准确选取单元体，使得研究的结果往往难以准确预测结构的具体变形规律，只能够反映其大致的规律。模型实验可以模拟各种相对复杂的边界条件，能较全面而又形象地呈现工程结构与相关岩土体共同作用下的应力和变形机制、破坏机理、形态及失稳阶段的全貌。在满足相似原理的条件下，模型实验能避开数学和力学上的困难，真实、全面、直观、准确地反映岩土体及支护体系的力学特性，使人们更容易全面把握岩体工程的整体受力特征、变形趋势及稳定性特点。模型实验一方面可以与数学模型相互验证，另一方面也为发现一些新的力学现象和规律、为建立新的计算理论和数学模型提供重要的依据。因此，长期以来，模型实验方法一直是研究解决大型复杂岩土与结构工程课题的重要手段。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种管幕支护结构模型试验装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种管幕支护结构模型试验装置，包括：由有机玻璃板围成的位于第一长方体的前、后、左、右、下5个表面的界面；第一长方体内设有围成与第一长方体平行且等长的第二长方体的模拟管幕，所述模拟管幕由分布在第二长方体的上、下、左、右4个表面上或上、左、右3个表面上平行放置的间距可调的有机玻璃管构成；在第一长方体的前、后表面处的界面与第二长方体的前、后表面的重合处分别开设一个用于模拟隧道断面的矩形孔，在矩形孔处设有与之匹配的挡板；所述装置内部由模型土填充；所述装置内还设有用于测量地表和模拟管幕沉降的百分表，以及安装在有机玻璃管表面的用于测量模拟管幕承受的压力的压力盒和用于测量模拟管幕形变的电阻应变片，压力盒、电阻应变片和百分表与设置在所述装置外的测量仪器电连接。

进一步地，所述模型土由原状土、重晶石粉、双飞粉、膨润土和细砂混合而成。

进一步地，位于第一长方体不同表面的有机玻璃板在邻接处采用螺栓连接。

进一步地，位于第一长方体不同表面的有机玻璃板在邻接处设有三角形加固板。

进一步地，在所述矩形孔内设有用于支撑有机玻璃管的矩形环。

进一步地，相邻的有机玻璃管由模型土隔开。

进一步地，在每两个相邻的有机玻璃管之间设有用于横向连接有机玻璃管的有机玻璃条。

进一步地，所述压力盒粘贴在位于第二长方体上、下表面或上表面的中间位置的有机玻璃管表面上纵向分布的5个监测点上。

进一步地，所述电阻应变片粘贴在位于第二长方体上、下、左、右4个表面或上、左、右3个表面的有机玻璃管表面的监测点上，根据有机玻璃管分布的对称性选择5个有机玻璃管，每个有机玻璃管上设有7个纵向分布的监测点。

进一步地，百分表安装在置于模型土内的固定铁板上的磁力表座内，通过一端固定在有机玻璃管表面的细铁丝测量模拟管幕的沉降，通过一端固定在置于模型土表面的玻璃片上的细铁丝测量地表的沉降。测量地表沉降的监测点共5个，沿垂直于有机玻璃管的方向分布；测量模拟管幕沉降的监测点有两组，一组沿3个间距相同的位于第二长方体上表面的有机玻璃管纵向分布，每个有机玻璃管上设有5个监测点，另一组为沿垂直于有机玻璃管方向分布的7个监测点，分别设置在位于第二长方体左、上、右表面的间距相同的7个有机玻璃管表面上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：