[发明专利]一种模拟隧道三台阶七步开挖法的透明土模型试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种模拟隧道三台阶七步开挖法的透明土模型试验装置，其特征在于：包括布置在试验平台上的透明模型箱(1)，以及成像装置和隧道开挖模型；

所述透明模型箱(1)整体为一个矩形箱体；

所述隧道开挖模型包括透明弹性薄膜管(5)和隧道模型；所述透明弹性薄膜管(5)贯穿透明模型箱(1)；所述透明弹性薄膜管(5)的一端与透明模型箱(1)的内壁紧接，另一端伸出透明模型箱(1)箱外；

所述隧道模型包括若干个积木模块；所述积木模块包括所述上台阶弧形导坑模块(6)、中台阶边帮模块(7)、下台阶边帮模块(8)、隧道底板模块(9)和核心土模块(10)。所述积木模块均为柱体；所述积木模块的一侧底面上设置凸起头，另一侧底面上设置供凸起头插入的凹槽孔；相同积木模块沿纵深方向通过凸起头与凹槽孔的插接配合连接在一起；各积木模块按次序拼合为一个圆柱体；所述透明弹性薄膜管(5)和隧道模型嵌套在一起；

所述透明模型箱(1)内填筑透明土；所述透明土将隧道开挖模型位于透明模型箱(1)内的部分埋没；

所述成像装置包括布置在透明模型箱(1)外侧的两台激光发射器(3)和两台CCD工业相机(4)；

试验时，两台激光发射器(3)在透明土内部形成两个散斑切面；依次牵引各积木模块移动；两台CCD工业相机(4)同步摄取变形前后散斑切面；调整激光发射器(3)的水平位置和高度，获取每次位移下不同位置处的透明土切面图像，直至模拟隧道的开挖完成；利用数字图像处理技术分析切面图片。

2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道三台阶七步开挖法的透明土模型试验装置，其特征在于：所述积木模块的凸起头上还设置有挂孔；所述透明模型箱(1)外侧布置有抽取架(2)；所述抽取架(2)包括高度调整装置(201)、转动装置(202)、螺纹杆(203)和抽取弯勾(204)；

所述转动装置(202)包括后置固定板(2021)、螺纹套筒(2022)和齿轮(2023)；所述后置固定板(2021)和齿轮(2023)上开设有圆孔；所述后置固定板(2021)和齿轮(2023)分别套设固定在螺纹套筒(2022)的两端；

所述螺纹杆(203)一端固定连接抽取弯勾(204)，另一端旋入螺纹套筒(2022)中；

所述高度调整装置(201)包扩底座(2011)、固定框架(2012)和活动板(2013)；所述活动板(2013)的板面上开设有供螺纹套筒(2022)穿过的孔；所述固定框架(2012)包括顶梁、地梁和竖直布置的两个侧柱；所述底座(2011)布置在地梁下方；所述侧柱相对的一侧设置有竖向导轨；所述顶梁、地梁和侧柱组成一个封闭框架；所述活动板(2013)的板端通过导轨固定连接在这个封闭框架之中；

工作时，活动板(2013)可沿竖向导轨上下移动，进而调整抽取弯勾(204)的高度；所述抽取弯勾(204)勾住待抽取积木模块的挂孔；转动齿轮(2023)，齿轮(2023)带动螺纹套筒(2022)及后置固定板(2021)整体旋转；螺纹套筒(2022)原位回转,螺纹杆(203)沿螺纹套筒(2022)内的螺纹旋转并前后水平移动,带动抽取弯勾(204)移动，缓慢均速地抽取积木模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟隧道三台阶七步开挖法的透明土模型试验装置，其特征在于：所述透明弹性薄膜管(5)的外壁上沿轴向具有刻度标记。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种模拟隧道三台阶七步开挖法的透明土模型试验装置，其特征在于：所述积木模块采用轻质木料制得；积木模块之间涂抹有润滑油。

5.根据权利要求1所述的一种模拟隧道三台阶七步开挖法的透明土模型试验装置，其特征在于：所述上台阶模块(6)为一个整体模块；所述中台阶边帮模块(7)包括中台阶左边帮模块(701)和中台阶右边帮模块(702)；所述下台阶边帮模块(8)包括下台阶左边帮模块(801)和下台阶右边帮模块(802)；所述核心土模块(10)包括上台阶核心土模块(1001)、中台阶核心土模块(1002)和下台阶核心土模块(1003)。