[发明专利]一种沉管隧道含淤泥碎石垫层模型试验平台及试验方法

说明书

本公开提供了一种沉管隧道含淤泥碎石垫层模型试验平台，包括：试验箱，所述试验箱内部设置沉管隧道含淤泥碎石垫层模型，所述沉管隧道含淤泥碎石垫层模型包括碎石垫层、水及淤泥；垄沟构造装置，所述垄沟构造装置安装于试验箱顶部，用于构造碎石垫层垄沟；加载系统，所述加载系统用于向所述沉管隧道含淤泥碎石垫层模型上方的加载板施加荷载；淤泥灌注装置，所述淤泥灌注装置用于向碎石顶面注入淤泥。本公开的沉管隧道含淤泥碎石垫层模型试验平台能够满足不同碎石垫层尺寸、垄沟构造、回淤条件等模拟要求。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种沉管隧道含淤泥碎石垫层模型试验平台及试验方法。

背景技术

水下隧道常采用沉管法修建，整个隧道由多个沉管管节通过接头连接组成，管节安放于沉管基础上。沉管基础一般为先铺法碎石基床，即在沉管沉放前首先进行带垄沟的碎石垫层铺设，铺设完成后再进行沉管的沉放安装等后续作业。碎石垫层作为沉管的基础，其承载性能直接影响沉管结构及接头的受力与安全运营。碎石垫层从开始铺设到安装沉管管节需要一定的时间周期，由于一些水域的水中含泥量较高，且泥面往往沉积有较厚的淤泥，受水流、船舶、气象等影响，碎石垫层施工后、沉管沉放前，会或多或少受到回淤影响，碎石垫层的容淤能力是基础垫层的关键技术问题之一，过大的淤积会增加沉管垫层内回淤物的含量，进而降低碎石垫层的受力性能，因此准确评估含淤泥碎石垫层的承载性能，获得相应的变形模量、承载力等力学指标，是碎石垫层构造方案设计，准确评估地基刚度偏差，保证沉管结构受力安全的前提。

由于碎石是一种各向异性的散体材料，目前各种理论分析和数值模拟均存在较多的假定条件，因此模型试验是研究碎石垫层的最有效手段。在试验方面，国内外主要开展的有：现场试验、离心模型试验、室内模型试验等几类。现场试验与实际工程一致性较好，但沉管隧道水深往往达到数十米，在深水中铺设数千平米的碎石垫层费用极其昂贵，且周期很长。离心模型试验存在粒径效应和时间比尺问题，模型尺寸往往只能做到几十厘米，不适用于粒径要求在20～60mm范围内的碎石垫层模拟。因此，利用模型试验平台开展大比尺室内模型试验，能够较好的反映原型受力特性，且试验可控性强，干扰因素较少。

目前，已有的模型试验平合主要针对常规建筑结构基础、地下工程基础和桥梁基础等领域，无法满足不同碎石垫层尺寸、垄沟构造、回淤条件等模拟要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种沉管隧道含淤泥碎石垫层模型试验平台，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种沉管隧道含淤泥碎石垫层模型试验平台，包括：

试验箱，所述试验箱内部设置沉管隧道含淤泥碎石垫层模型，所述沉管隧道含淤泥碎石垫层模型包括碎石垫层、水及淤泥；

垄沟构造装置，所述垄沟构造装置安装于试验箱顶部，用于构造碎石垫层垄沟；

加载系统，所述加载系统用于向所述沉管隧道含淤泥碎石垫层模型上方的加载板施加荷载；

淤泥灌注装置，所述淤泥灌注装置用于向碎石顶面注入淤泥。

进一步的，所述试验箱包括：

钢底板，所述钢底板水平设置于所述试验箱的底部；

四个钢壳侧壁，所述四个钢壳侧壁垂直于所述钢底板，与钢底板构成上方开口的箱体结构；

四块分隔板，设置于四个钢壳侧壁内部，并垂直于钢底板，用于围设于所述沉管隧道含淤泥碎石垫层模型的四个侧面。

进一步的，所述四块分隔板包括：

两块长分隔板，设置于相对的两个钢壳侧壁之间；