[发明专利]一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置及试验方法

权利要求书

1.一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，包括模型箱(13)，模型箱(13)内设置有盾构壳体(6)，盾构壳体(6)的端面上设置有开挖面(7)，盾构壳体(6)内设置有防水隔板(5)，防水隔板(5)将盾构壳体(6)内分隔成两个腔体，盾构壳体(6)内设置有贯穿两个内腔并与开挖面(7)接触的光线光栅传感器(4)，光线光栅传感器(4)固定在加载杆(3)上，加载杆(3)伸出模型箱(13)并连接机械手(1)，机械手(1)通过X、Y、Z轴平移机构和C向旋转机构驱动运动，模型箱(13)底部设置有储水箱(11)，储水箱(11)通过排水管路(9)接入盾构壳体(6)内与开挖面(7)相接触的腔体内；

光线光栅传感器(4)连接解调仪，解调仪通过路由器连接下游设备。

2.根据权利要求1所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，模型箱(13)底部设置有支撑块(8)，盾构壳体(6)固定在支撑块(8)上。

3.根据权利要求1所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，排水管路(9)上设置有溢流孔(12)。

4.根据权利要求1所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，排水管路(9)上设置有用于向模型箱(13)内注水的电磁阀(10)。

5.根据权利要求1所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，模型箱(13)底部设置有排水口，排水口上设置有用于控制排水口开闭的电磁阀(10)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，机械手(1)通过机械手法兰(2)连接加载杆(3)。

7.根据权利要求1所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置，其特征在于，模型箱(13)外侧覆盖有有机玻璃。

8.一种基于权利要求1所述的模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将部分土样装入模型箱(13)内，然后安放隧道模型盾构壳体(6)、加载杆(3)以及光纤光栅传感器(4)，进而继续填充土样至模型箱(13)的预定高度，并加水浸湿到预定水位高度，在常重力下实现渗流；

步骤二，将加载杆(3)、光纤光栅传感器(4)和开挖面(7)连接固定，并将导线引出，之后加载杆(3)与机械手(1)连接，并将机械手和模型箱(13)一同调入离心机吊篮内；

步骤三，将储水箱(11)固定在离心机的转臂上并将模型箱(13)封顶，把储水箱(11)排水管路(9)接入模型箱(13)顶部的入水孔；

步骤四，将光栅光纤传感器(4)导线接入解调仪，并将解调仪固定在离心机转臂上，之后调试信号接收；

步骤五，开始进行离心，通过排水管路(9)模拟水位变化；

步骤六，在水位变化过程中，逐步降低加载杆(3)的加载力，模拟支护力不断减小的过程，当开挖面(7)后撤距离大于阈值时，离心加速度逐步减小到0，完成试验。

9.根据权利要求8所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置的试验方法，其特征在于，步骤五中，离心加速度逐步提高到60G，并稳定10-20min。

10.根据权利要求8所述的一种模拟富水软黏土隧道掌子面稳定的离心装置的试验方法，其特征在于，步骤六中，开挖面(7)后撤距离的阈值为10mm。