[发明专利]一种研究顶管法施工开挖面破裂机理的实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种研究顶管法施工开挖破裂机理的实验装置及方法，包括：透明模型箱；顶管机构：包括顶管总成及设置在透明模型箱一侧的顶进机构，所述顶管总成包括刀盘机构、排土车，多个能够拼接连接的顶管，刀盘能够与设置在顶管总成端部的顶管连接，用于对透明土进行剥削，顶管内设有导轨，相邻顶管内导轨能够拼接，排土车能够与导轨滑动连接，刀盘机构剥落的透明土能够进入排土车；图像采集机构：包括设置在透明模型箱外周的至少三个激光发射器和相机，激光发射器用于对透明模型箱内的透明土产生多维散斑切面，相机用于采集散斑切面处的图像，相机与上位机连接，本发明的实验装置分析结果准确。

技术领域

本发明涉及地下工程实验设备技术领域，具体涉及一种研究顶管法施工开挖面破裂机理的实验装置及方法。

背景技术

随着经济的快速发展，隧道工程得到了前所未有的发展机遇，不同的隧道施工方法也相接出现，顶管法是其中之一。顶管施工可以避免开挖施工所带来的居民生活和交通干扰，以及对环境建筑基础的破坏影响，减少了开挖施工的地下作业工程量，加快了非开挖工程施工进度，缩短了施工工期，作业面小，综合施工成本低，它带来的是地下管线施工的一次技术革命。

发明人发现，虽然现有模型试验装置能够得出开挖面失稳前和失稳后土体的变化情况，但是仍然存在缺点：只能从宏观角度观察土体，且实验过程与实际工况不符、测量局限性较大、试验数据失真以及试验结果存在各种不确定性。专利号为201810192878.8的中国专利文献公开了一种新型模拟隧道开挖的透明土模型试验装置，该装置较已有实验装置而言，优点在于利用透明土能够实时反映隧道开挖时掌子面前方土体的变形，但是发明人发现，其用于模拟盾构开挖的套环装置过于简单且仅能代表圆形隧道盾构开挖情况。专利号为201620172378.4的中国专利文献公开了一种基于透明土的隧道开挖面失稳模型试验装置，同样利用透明土动态反映土体动态变化，但发明人发现，其利用活塞结构模拟隧道开挖，与实际情况较为不符。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种研究顶管法施工开挖面破裂机理的实验装置，能够模拟实地工况并且数据获取相对准确，测量方法简便易操做，为更深一步的研究打下坚实的基础。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种研究顶管法施工开挖破裂机理的实验装置，包括：

透明模型箱：用于盛放透明土。

顶管机构：包括顶管总成及设置在透明模型箱一侧的顶进机构，所述顶进机构能够驱动顶管总成在透明模型箱内盛放的透明土中运动，所述顶管总成包括刀盘机构、排土车，多个能够拼接连接的顶管，刀盘机构能够与设置在顶管总成端部的顶管连接，用于对透明土进行剥削，顶管内设有导轨，相邻顶管内导轨能够拼接，排土车能够与导轨滑动连接，刀盘机构剥落的透明土能够进入排土车。

图像采集机构：包括设置在透明模型箱外周的至少三个激光发射器和相机，激光发射器用于对透明模型箱内的透明土产生多维散斑切面，相机用于采集散斑切面处的图像，相机与上位机连接，能够将采集的图像传输给上位机。

进一步的，所述透明模型箱包括透明的骨架及与骨架内侧面固定连接的透明钢化玻璃板。

进一步的，所述透明模型箱位于顶进机构所在一侧的箱壁设有开口，顶管总成能够通过开口进入透明模型箱内部，所述开口边缘处设有密封条，用于密封开口与顶管总成之间的空隙。

进一步的，所述顶进机构采用千斤顶，所述千斤顶的一端用于推动顶管总成运动，另一端与反力板固定连接，所述反力板固定设置。

进一步的，所述透明模型箱内设有支杆，所述支杆用于对顶管总成进行支撑，所述支杆一端与透明模型箱的箱壁固定连接，另一端伸出至透明模型箱外部与反力板固定连接。

进一步的，所述管片一端设有凹槽，另一端设有与所述凹槽相匹配的凸台，相邻管片能够通过凹槽和凸台拼接连接。