[实用新型]一种盾构隧道纵向结构性状模型试验装置

说明书

本实用新型公开了一种盾构隧道纵向结构性状模型试验装置，模型箱为一个顶部开口的方形箱体，箱体的两个侧面为透明钢化玻璃，在任一侧钢化玻璃上设置有刻度尺；模型箱内设置多种类型的模型土，沿着模型隧道的纵向分别设置在模型隧道不同的位置；供水设备设置在模型箱外侧，供水管道的进水端与供水设备相连通，供水管道的出水端设置在模型箱内。通过刻度尺控制模型箱内不同类型的模型土的厚度，模拟不同的隧道埋深。通过控制不同进水阀门向所述模型箱内供水模拟不同的地下水水位,通过在模型土上放置砝码模拟不同的局部载荷。然后通过对模型隧道的变形、管片内力、土压力、孔隙水压力等进行采集，进而准确反映隧道纵向变形及力学性状。

技术领域

本实用新型涉及隧道结构模型技术领域，具体涉及一种盾构隧道纵向结构性状模型试验装置。

背景技术

盾构隧道所处地层处于一定的天然应力状态中，隧道未掘进前，初始应力场与地下水渗流场处于相对静止的动态平衡状态。盾构隧道施工破坏了两者之间的动态平衡，进而产生感生应力场以维持地层的力学平衡。为恢复渗流场与应力场这一作用体系的动态平衡，双场之间必须通过一定的耦合作用才能实现。围岩与地下水的耦合问题会使荷载的分布特征发生很大的变化。

隧道结构设计中，往往根据平面应变假设，取某几环隧道为研究对象，将研究对象的受力分析结果作为设计依据，而较少考虑隧道的纵向受力和变形行为。实际上，埋设于土层中的盾构隧道沿纵向为一个细长结构，柔性较大，受到周围环境的影响更容易发生变形，而当该变形增大到一定程度时则将导致结构的破坏。与管片环向变形特性相比，盾构隧道的纵向特性更为脆弱且其后果往往对隧道结构不利。大量已运营的盾构隧道因产生过量的沉降或不均匀变形，从而诱发渗水漏泥、结构局部脱落破坏、或内部结构发生纵向弯曲变形，对隧道的结构安全、列车的运营安全及舒适度都有一定的影响。过大的管片变形，则易导致纵向轨道高差过大，也使轨道的平整度超标，加剧轮的磨损。施工扰动、地层不均和水位变化是引起隧道纵向变形过大的主要因素。

盾构隧道管片结构试验研究主要以原型试验和相似模型试验为主。原型试验是最直接、最有效的试验手段，它能够真实反应管片受力变形情况；但是由于原型试验规模大，成本高，并需要大型配套设备加载，使得原型试验适用范围受到限制。模型试验是以相似理论为基础，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、破坏机理等。长期以来，模型试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。盾构隧道试验方案在设计理论基础的选用、隧道管片结构的选择、模型土材料的配制、加载方案及模拟工况的确定，以及边界条件的简化等诸多问题，是一复杂的系统工程。

传统的盾构模型试验中，隧道模型通常置于同一种模型土体介质，没有考虑不同的土体介质对模型隧道的影响；而且，未能考虑土层与地下水的耦合问题。其次，大多数盾构隧道模型没有模拟实际隧道上管片形成的纵缝和环缝以及拼装方式，无法考虑或很难准确模拟隧道管片接头的影响，对隧道纵向性能的试验结果不准确。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种盾构隧道纵向结构性状模型试验装置，包括：模型箱、模型隧道和地下水控制装置，其中：所述模型箱为一个顶部开口的方形箱体，所述箱体的两个侧面为透明钢化玻璃，在任一侧所述钢化玻璃上设置有刻度尺；所述模型箱内设置多种类型的模型土，所述模型隧道设置在所述模型土内，且不同类型的模型土沿着所述模型隧道的纵向分别设置在所述模型隧道不同的位置；所述地下水控制装置包括供水设备和供水管道，所述供水设备设置在所述模型箱外侧，所述供水管道的进水端与所述供水设备相连通，所述供水管道的出水端设置在所述模型箱内。