[发明专利]一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统

说明书

一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，包括顶部设置注水口的试验箱、预设有马蹄形隧道的岩体模型和卸荷装置，所述岩体模型放置在试验箱的下部，所述卸荷装置包括电机组、由两支撑杆与一推杆铰接而成的Y形钢架、可组合成马蹄形的多块挡板和与挡板数量匹配的中空的滑轨，所述滑轨的头端均设置在一固定板上，滑轨的尾端从钢化玻璃板处伸入至马蹄形隧道内，滑轨内设置有延伸出滑轨头端的传动杆，所述传动杆分别与电机组内的各电机的输出端相连接。本发明用来模拟实现不同海水压力下岩体三维应力状态的瞬态卸荷，探究不同开挖卸荷顺序对海底隧道围岩的变形影响，揭示海底岩体在应力瞬态卸荷条件下的松动变形状态和相关数据。

技术领域

本发明涉及一种海底隧道卸荷的模拟试验技术领域，尤其涉及一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统。

背景技术

随着国民经济的发展，对跨海交通的需求与日俱增。海底隧道由于其不受台风影响、对环境影响小、不影响航运、战争时不易破坏等优点，成为了跨海交通方案的首选。在海底隧道开挖的过程中，钻爆技术是应用最为广泛的一种开挖技术，海底隧道围岩在爆破开挖过程中会产生地应力瞬态卸荷效应。地应力的瞬态卸荷引起围岩产生较大变形，并可能发生破坏，目前海底隧道开挖产生瞬态卸荷时围岩的稳定和松动变形控制以及隧道的透水控制仍然是一个难题。

虽然已有大量室内试验对爆破开挖瞬态卸荷现象进行研究，但由于海底的富水环境及海底隧道上部海水边界条件难以实现，所以尚没有模拟海底隧道开挖卸荷的试验系统。以前的卸荷装置不能满足海洋环境下特殊边界条件的要求；同时不能实现隧道各个部位的单独卸荷或者分步卸荷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，具体技术方案为：

一种模拟海底隧道开挖瞬态卸荷试验系统，包括顶部设置注水口的试验箱、预设有马蹄形隧道的岩体模型和卸荷装置，所述岩体模型放置在试验箱的下部，所述试验箱的上部注入适当深度的水，所述试验箱正对马蹄形隧道的一侧面为钢化玻璃板，所述钢化玻璃板上预留有与马蹄形隧道相一致的开口；所述卸荷装置包括电机组、由两支撑杆与一推杆铰接而成的Y形钢架、可组合成马蹄形的多块挡板和与挡板数量匹配的中空的滑轨，所述滑轨的头端均设置在一固定板上，滑轨的尾端从钢化玻璃板的开口处伸入至马蹄形隧道内，滑轨内设置有延伸出滑轨头端的传动杆，所述传动杆分别与电机组内的各电机的输出端相连接，在马蹄形隧道内的所述传动杆的周圈间断地设置有多个从动钢块，所述滑轨上设置有可滑移的滑块，所述滑块设置有延伸至滑轨内且可与从动钢块重叠或错开的载荷钢块，所述滑轨的尾端套设有弹簧，所述弹簧的一端固定于滑轨上，另一端固定于滑块上；所述挡板紧贴马蹄形隧道的内壁处设置，相邻所述挡板之间预留一定间隙，每块所述挡板均设置两个Y形钢架，所述Y形钢架的两支撑杆固定于挡板上，其中一Y形钢架的推杆通过铰支座固定于滑轨尾端，另一Y形钢架的推杆通过铰支座固定于滑块上。

进一步地，所述岩体模型由砂、水泥、重晶石粉及各种添加剂制作而成。

进一步地，所述岩体模型、钢化玻璃板与试验箱之间填充密封垫圈或粘贴密封胶。

进一步地，所述岩体模型内预埋有可监测其应力变形和渗透压力数据的光纤传感器。

进一步地，所述注水口处连接有可提供水压的气液复合加载装置。

进一步地，所述电机组设置有可控制其内各电机单独运行、同时运行或次序运行的控制盒。

进一步地，所述从动钢块、载荷钢块的截面为十字形，二者相互重叠时承载荷载，二者相互错开时实现瞬态卸荷。

进一步地，所述从动钢块、载荷钢块处于相互重叠的状态时，所述弹簧为压缩状态。

进一步地，所述挡板包括两块圆弧形钢板和三块方形钢板，以组装成马蹄形挡板。

有益效果：