[发明专利]定量涨缩式模型试验小断面隧洞精准预成型装置及方法有效

专利信息
申请号: 202110459903.6 申请日: 2021-04-27
公开(公告)号: CN113188514B 公开(公告)日: 2022-07-29
发明(设计)人: 张冰;王汉鹏;李梦天;邢文彬;王粟;王鹏;于欣平 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: G01C7/06 分类号: G01C7/06
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人: 邓建国
地址: 250061 山东*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 定量 涨缩式 模型 试验 断面 隧洞 精准 成型 装置 方法
【说明书】:

发明涉及定量涨缩式模型试验小断面隧洞精准预成型装置及方法,包括:支撑机构:用于放置在试验相似材料内部,支撑机构为由多个支撑板依次连接构成的两端敞口的筒型结构;调节机构:设置在筒型结构内部,用于带动多个支撑板做相互靠近或远离的运动以使得支撑机构收缩或涨开,采用本发明的装置操作方便,且能够精准控制隧洞截面尺寸。

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域,具体涉及定量涨缩式模型试验小断面隧洞精准预成型装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术,而不必然地构成现有技术。

在矿山工程、岩土工程、地质工程、水利工程等领域,隧洞稳定性及其支护效果是非常重要的课题。通过模型试验,建立与隧洞原型结构几何相似的模型结构,深入研究隧洞围岩在复杂赋存环境和外部扰动作用下的力学特征,是重要的研究方法之一。

其中,一部分隧洞相关课题并不关注隧洞开挖过程。为提高效率,模型试验中隧洞模拟往往采用预成型的方式,即在模型制作阶段通过辅助装置和特殊的试验方法预留隧洞空间。与其他领域孔洞预成型需求不同,模型试验对隧洞成型过程有着特殊的要求:

(1)隧洞成型装置具有足够的强度和刚度,可承载巨大的上覆岩层压力,以保证隧洞在预成型阶段不变形;

(2)隧洞成型装置断面标准且完整,且沿隧洞轴向方向保持断面尺寸一致,以保证隧洞的几何相似;

(3)隧洞成型装置可方便取出,保证试验便捷性;

(4)隧洞成型装置的操作和调节方便,并可适应小断面隧洞(例如宽×高=40×40mm)的成型需求;

(5)隧洞成型装置可定量内缩,以初步试探隧洞成型状况,保证小断面隧洞预成型的成功率。

目前,针对隧洞预成型问题,已研制了一系列装置,现状如下:

现有技术中存在一种建筑工程结构预留洞成型装置,通过两组楔形配合的弧形块组成对PVC管的内支承结构,保持稳定支撑效果的同时拆装操作非常便利和省力,拆除后由PVC管形成预留洞内壁。但发明人发现,由于适用领域不同,该装置的PVC管不可径向伸缩,不方便取出,也无法试探隧洞成型状况。

现有技术中还存在一种充气可调式混凝土结构板预留洞施工模具,包括由矩形铁皮卷成的圆筒、对圆筒的上端口进行封堵的圆形盖板和放置于圆筒内的充气气囊,充气气囊为圆柱状气囊,拆除简便且容易拔出。但发明人发现,由于适用领域不同,该装置用于承压的气囊具有受力压缩变形的缺点,不满足刚度需求,此外气囊也无法承载巨大的上覆岩层压力。

现有技术中还存在一种混凝土预留洞成型模具,包括筒体、拉杆、支撑杆,筒体沿周向分为至少两片,拉杆沿筒体的轴向插设在筒体中,该模具撑开时为筒状,收起时可收缩,能够实现混凝土预留洞口的完整。但发明人发现,由于适用领域不同,该装置的筒体轴向支撑结构不稳固,难以承载巨大的上覆岩层压力,此外,该装置收起时无法定量,无法初步试探隧洞成型状况。

现有技术中还存在一种矩形预留洞成型套盒,包括两个调节构件和一稳固构件,可灵活调节长宽。但发明人发现,由于适用领域不同,该装置调节结构复杂、过程繁琐,当应用于小断面隧洞成型时,设置在小断面隧洞中间的调节结构尺寸过小,难以操作;此外,该装置断面沿隧洞轴向方向难以保持尺寸一致,不满足隧洞的几何相似要求。

现有技术中还存在一种剪力墙预留洞定型模具,包括矩形框架以及内设的支撑调节装置,具有刚度高、预留洞口准确的优点。但发明人发现,由于适用领域不同,当该装置应用于小断面隧洞成型时,设置在小断面隧洞中间的支撑调节装置过小,难以操作;此外,在支撑状态下该装置各边框之间存在通长的缝隙且断面缺乏棱角,断面不是完整的矩形,且装置断面沿隧洞轴向方向难以保持尺寸一致,不满足隧洞的几何相似要求。

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