[发明专利]一种模拟交叉硐室开挖土拱效应的试验设备及方法

说明书

本发明公布了一种模拟交叉硐室开挖土拱效应的试验设备及方法，设备包括由透明材料制成的模型箱，模型箱四周设置有带刻度的网格；硐室模型，设置在所述模型箱内部；多腔气囊，设置在所述硐室模型内，形状与拟开挖硐室形状大小相一致，所述硐室模型包括主硐室和岔硐室，主硐室和岔硐室之间通过可调节角度的柔性连接件连接；检测仪器，设置在主硐室和岔硐室的交叉处，用于检测主硐室和岔硐室交叉处的应力；图像采集设备，用于在整个实验过程中对主硐室与岔硐室交叉部位多角度拍摄。本发明装置可以根据动态地跟踪隧道施工，隧道围岩的变化过程得到最终的塌落拱，尤其是分岔隧道这一复杂结构下的塌落拱，根据采集的信息进行隧道开挖的三维动态模拟。

技术领域

本发明涉及一种模拟交叉硐室开挖土拱效应的试验设备及方法，属于岩土工程领域中一种能够真实模拟隧道开挖土体应力变化和土体塌落拱形成的物理模型试验装置。

背景技术

随着我国经济的高速发展，我国公路、建筑和水利建设事业也随之蓬勃发展，基坑工程是所有工程都需要重视的，因为支护结构的不稳定常常会给施工带来灾难性的后果。工程的建设离不开室内试验，尤其是室内模型试验可以通过缩小构件的比例尺来模拟工程建设和使用中的受力情况和变形情况，这对于工程项目建成以后的稳定性和适用性具有很大的指导意义。硐室的设计首先需要确定深浅埋，而深浅埋的一种判别标准是硐室顶部能否形成一个完整的塌落拱，而对于分岔硐室而言，由于两洞塌落拱互相影响，不同角度下的交岔硐室塌落拱又不尽相同，因此确定交岔硐室塌落拱在地下硐室设计中起到决定性作用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种模拟交叉硐室开挖土拱效应的试验设备集方法，能够真实模拟交叉硐室开挖土拱隧道开挖过程。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟交叉硐室开挖土拱效应的试验设备，包括：

模型箱，由透明材料制成，模型箱四周设置有带刻度的网格；

硐室模型，设置在所述模型箱内部；

多腔气囊，设置在所述硐室模型内，形状与拟开挖硐室形状大小相一致，被分割成数个气囊单元，气囊单元个数与硐室拟开挖步数相同，各个气囊单元互相封闭；每个气囊单元分别通过独立的管道与气体发生设备或液压发生设备连接；

所述硐室模型包括主硐室和岔硐室，主硐室和岔硐室之间通过可调节角度的柔性连接件连接；

所述模型箱为透明材料制成的箱体；

检测仪器，设置在主硐室和岔硐室的交叉处，用于检测主硐室和岔硐室交叉处的应力；

图像采集设备，设置在所述模型箱的外部，用于在整个实验过程中对主硐室与岔硐室交叉部位多角度拍摄；

数据采集仪，与所述检测仪器信号连接。

所述模型箱的箱体上设有可开启或关闭的活动门。

所述柔性连接件为高韧性橡皮膜。

所述多腔气囊包括多个弧形气囊单元和多个方形气囊单元，弧形气囊单元形状为半圆形或者椭圆形或者马蹄形，高度为5~20cm，长度为2~200cm；

方形气囊单元为正方形或者长方形，高度为5~20cm，长度为2~200cm；

每个弧形气囊单元和方形气囊单元均有一个引流弯管，每个引流弯管都依次通过引流直管、压力管与所述气体发生设备或液压发生设备连接。

所述硐室模型为拱架支撑结构，所述拱架支撑结构内预设有多腔气囊。

所述检测仪器是土压力盒、位移计、应变片、孔压计或沉降板。

所述带刻度的网格的网格精度小于1mm。

所述图像采集设备为高速照相机。