[发明专利]越江海盾构隧道掌子面土体三维破坏模式测试装置及方法

说明书

越江海盾构隧道掌子面土体三维破坏模式测试装置及方法，装置包括模型箱、传动装置及测试系统。模型箱包括主箱体(1)，钢支架(2)和开挖模块(3)。主箱体由填土箱(51)和水箱(52)组成，安装在钢支架上方。开挖模块由模型隧道(31)和活动挡板(32)构成，位于填土箱内部，与填土箱侧壁相连，用以模拟实际盾构掘进过程中开挖面的变位模式。传动装置包括减速电机(13)、齿轮组(14)、螺杆(15)，通过传动装置控制开挖模块的运行。测试系统包括x射线发射装置(16)及观测装置(17)，用以对土体三维破坏过程进行观测。方法包括：平整场地、设备布置、土样制备、土体饱和、形成渗流、试验和记录数据、清理填土箱并重复测试。

技术领域

本发明涉及一种越江海盾构隧道掌子面土体三维破坏模式测试装置及方法，属盾构隧道技术领域。

背景技术

随着国家海洋战略、国家大通道建设计划的实施以及滨海城市建设的迅猛发展，越江跨海隧道工程大量涌现，且工程规模和上覆水压力也不断增加。在越江海隧道的建设中，盾构法由于其施工速度快、受环境影响小等特点，具有明显的优越性，目前在国内外均已成为此类工程施工的主流方法。然而，越江海隧道盾构施工过程不可避免会受到渗流影响。渗透力作为一种体积力作用于掌子面土骨架之上，将会极大的改变其在盾构掘进过程中的变形及破坏模式，并进而影响掌子面土压力的大小。而目前，掌子面土压力及盾构隧道掌子面支护压力的计算多针对干土情况，无法考虑渗流的影响，一大原因在于难以获得渗流影响下实际盾构隧道掌子面土体三维破坏模式。在此背景之下，有必要提出一种越江海盾构隧道掌子面土体三维破坏模式的测试装置与方法，从而更准确的对越江海盾构隧道掌子面土压力进行评估，并对不同工况下掌子面支护压力的选择进行指导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为了解决如何获得渗流影响下实际盾构隧道掌子面土体三维破坏模式的问题，提出一种越江海盾构隧道掌子面土体三维破坏模式测试装置及方法。

本发明实现的技术方案如下，一种越江海盾构隧道掌子面土体三维破坏模式测试装置，包括模型箱、传动装置及测试装置；所述模型箱体与所述传动装置相连接，通过所述传动装置控制活动挡板的移动，模拟越江海盾构隧道开挖过程中的掌子面变位模式。

所述模型箱由主箱体、钢支架、开挖模块组成；主箱体安装在钢支架上方，开挖模块位于主箱体内部，通过螺栓与主箱体连接。

所述传动装置包括减速电机、螺杆和齿轮组；所述减速电机固定在钢支架上；所述螺杆水平放置，一端与活动挡板相连，另一端通过齿轮组与减速电机相连。

所述测试装置包括x射线发射装置和观测装置；所述x射线发射装置由同步光源、偏转磁铁、摇摆器和单色仪组成；所述观测装置为一使用x射线感光材料底片的相机系统。

所述装置模拟盾构隧道开挖，通过x射线发射装置对测试土样进行扫描，观测装置记录土体位移场，从而得到土体破坏模式。

所述主箱体为长方体结构，其正面和背面为透光玻璃面板，两侧壁及底板为不锈钢板；所述主箱体内部设置一塑料隔板，将主箱体分为填土箱和水箱两个部分；所述塑料隔板底部悬空，板上开凿有透水孔；所述主箱体位于填土箱一侧的侧壁设有圆口，用于安装开挖模块，而位于水箱一侧的侧壁则开设有水位孔；所述填土箱填充土样，所述水箱充满水。