[发明专利]一种边界刚度可变的多功能装配式轻质岩土试验箱

说明书

本发明公开了一种边界刚度可变的多功能装配式轻质岩土试验箱，具体为：异形截面铝型材长方体形框架为可拆卸装配式结构，该框架内部固定透明有机玻璃板，玻璃板可预留各种形态隧道进出口，以用于大型复杂交叉叠层隧道试验；完整有机玻璃板可用作明挖地铁车站等岩土工程试验；框架体系边界刚度可通过加固立柱数量和位置实现灵活调整，还可与振动台连接，实现振动荷载试验。本发明质量轻，拼装拆卸简易，易搬运，省时高效；能实现试验可视化；且装配式框架可重复使用，可灵活改变框架体系，满足多种多工况试验，大大降低了试验成本。

技术领域

本发明涉及土木工程试验设备技术领域，尤其是涉及一种边界刚度可变的多功能装配式轻质岩土试验箱。

背景技术

随着地下空间开发的蓬勃发展，立体化地下开挖工程逐渐出现，如日本东京地铁四孔麻花型重叠隧道、新加坡四孔重叠公路隧道，成都市锦城广场地铁换乘车站基坑开挖等。对于复杂地层的大型地下工程施工，现有的岩土理论分析方法无法完全满足设计需求，往往需要借助试验进行分析。作为科研研究和指导施工，现场试验相对模型试验而言，其成本大、周期长，且不具有可重复性。模型试验可以通过比例缩小模型尺寸，采用现场土体进行试验，实现参数及工程条件的可控，得到实际工程的相关规律，并具有可重复性。

关于大型地下工程开挖施工模型箱设计，现有的常规模型箱功能单一，且大部分采用焊接一体化，装配拆卸困难，不能对箱体尺寸进行便捷调整，无法适应复杂的物理模型试验需要。此外，从成本和便捷角度考虑，有时需对模型箱尺寸和结构进行迅速调整，且需保证模型箱的材料可拆卸反复使用。另外，现有的模型箱所采用的材料多为实体型钢和钢板焊接组合，导致模型箱结构笨重，不易人工搬运，且无法透过钢板观察隧道及土体的变化效果，不利于相关研究。

在实际大型地下开挖工程中，比如长大隧道不能完全一次性模拟，多考虑为局部段研究，由于不同里程的多隧道交叉叠层形式不一，需要根据情况设计多个模拟试验。目前的模型箱中，一个模型箱只能用于一项实验，多个试验段则需要制作多个模型箱，耗时费力也不经济。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的问题而提供一种边界刚度可变的多功能装配式轻质岩土试验箱，旨在采用超轻镂空铝材构件实现灵活快速组合装配拆卸，组合形成不同形态、不同刚度的岩土试验箱，以适用于各种复杂的大型地下工程开挖试验。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种边界刚度可变的多功能装配式轻质岩土试验箱，所述模型箱由若干铝型材横梁、若干铝型材立柱、若干铝型材连接件、若干高透明有机玻璃板、若干高强化学螺栓组、模型箱底板、测试设备固定架、测压管、防水密封条和万向轮拼接而成。

进一步的，所述铝型材横梁，包括80mm铝型材横梁、40mm铝型材主体横梁、40mm铝型材加固横梁和测试设备固定横梁，均带有螺栓固定滑槽，实现装配式模型箱框架快速组合形成框架结构，并通过40mm铝型材加固横梁和40mm铝型材加固立柱数量调整模型试验所需要的边界刚度。

进一步的，所述铝型材立柱，包括测试设备固定立柱、80mm铝型材转角立柱和40mm铝型材加固立柱，均带有螺栓固定滑槽，实现装配式模型箱框架快速组合形成框架结构，并通过40mm铝型材加固立柱数量调整模型试验所需要的边界刚度。

进一步的，所述铝型材连接件，包括40mm铝型材与80mm铝型材连接件、40mm连接件、80mm连接件和测试设备连接件，用于铝型材多个构件之间的联系。

进一步的，所述铝型材构件，通过螺栓固定滑槽可以沿滑槽纵向移动，例如40mm铝型材加固立柱根据预留隧道进出口调整位置。

进一步的，所述高透明有机玻璃板，包括高透明有机玻璃侧板和高透明有机玻璃正板，采用的是10mm厚高强度高透明亚克力板材料，方便制作各种复杂预留隧道进出口，适应不同关系的多隧道断面设计。