[发明专利]一种拉顶管施工的室内试验模拟装置及方法在审

专利信息
申请号: 202111287696.7 申请日: 2021-11-02
公开(公告)号: CN114002076A 公开(公告)日: 2022-02-01
发明(设计)人: 欧雪峰;王磊;屈星;韩卫东;胡军然;黎大鹏;牛文宣;徐云浦;唐辉湘;梅勇;武坤鹏;陈鹏;康哲 申请(专利权)人: 中交四航局第七工程有限公司;长沙理工大学;中交第四航务工程局有限公司;中交四航工程研究院有限公司
主分类号: G01N3/12 分类号: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/02
代理公司: 长沙伊柏专利代理事务所(普通合伙) 43265 代理人: 罗莎
地址: 510000 广东省广州市南*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 拉顶管 施工 室内 试验 模拟 装置 方法
【权利要求书】:

1.一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,包括箱体(1),所述箱体(1)由透明材料制成,所述箱体(1)的顶面敞开设置,上方设置有竖向加载机构,所述箱体(1)内装有试验土体(2),所述箱体(1)两相对的侧面均设置有圆形顶孔(3),所述圆形顶孔(3)处插设有模拟管道(4),所述模拟管道(4)的两端能穿出两侧的所述圆形顶孔(3),其中一个所述圆形顶孔(3)处设置有喷浆组件,所述圆形顶孔(3)外侧设置有水平加载机构,所述水平加载机构包括第一水平加载机构和第二水平加载机构,分别位于所述箱体(1)的两侧,对所述模拟管道(4)的两端加载,所述试验土体(2)中、所述竖向加载机构以及所述水平加载机构上均设有测量器件。

2.根据权利要求1所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述第一水平加载机构包括第一反力架(5),所述第一反力架(5)上设置有水平液压千斤顶(6),所述水平液压千斤顶(6)的伸缩端设置有圆形顶板(7),所述圆形顶板(7)的中心与所述模拟管道(4)的受力中心对应。

3.根据权利要求2所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述第一反力架(5)的底端设置有滑轮(8),所述第一反力架(5)滑动设置在导轨(9)上,所述导轨(9)设置有对所述滑轮(8)限位的限位槽(10),所述限位槽(10)的间距为所述水平液压千斤顶(6)的进程。

4.根据权利要求3所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述第二水平加载机构包括旋转支架(11),所述旋转支架(11)上转动设置有电动式绕线轮(12),所述电动式绕线轮(12)上缠绕设置有牵引绳(13),所述牵引绳(13)的末端与所述模拟管道(4)的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述模拟管道(4)的第二端设置有牵引盖板(14),所述牵引盖板(14)为木质圆板,外侧的圆心处设置有铁质拉环(15),所述铁质拉环(15)与所述牵引绳(13)的末端固定,所述牵引盖板(14)的内侧设置有与所述模拟管道(4)内径对应的圆筒(16),所述圆筒(16)插入所述模拟管道(4)并通过螺栓固定。

6.根据权利要求5所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述竖向加载机构包括刚性加载板(17),所述刚性加载板(17)活动设置在所述箱体(1)顶端,所述刚性加载板(17)的上表面设置有传力盖板(18),所述传力盖板(18)的上表面设置有竖向液压千斤顶(19),所述竖向液压千斤顶(19)的伸缩端与所述传力盖板(18)固定连接,所述竖向液压千斤顶(19)的固定端与第二反力架(20)固定连接,所述第二反力架(20)与所述箱体(1)通过螺栓可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述喷浆组件包括悬挂设置在所述圆形顶孔(2)上方的喷浆头(21)以及设置在所述圆形顶孔(2)下方的泥浆池(22),所述喷浆头(21)通过导浆管(23)与所述泥浆池(22)连通,所述导浆管(23)上设置有注浆加压泵(24)和注浆阀门(25),所述泥浆池中装有预设配比的润滑泥浆。

8.根据权利要求7所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述圆形顶孔(3)的外侧设置有共心的环形孔盖(33),所述环形孔盖(3)与所述圆形顶孔(3)的外侧通过螺栓可拆卸连接,所述环形孔盖(33)具有多种规格,采用透明材料制成。

9.根据权利要求8所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,所述测量器件包括设置在所述水平液压千斤顶(6)上的第一压力传感器(26)、设置在所述竖向液压千斤顶(19)上的第二压力传感器(27)、设置在所述牵引绳(13)上的电子弹簧测力计(28)、设置在所述牵引盖板(14)上的千分表(29)、以及设置在所述试验土体(2)内的土压力盒(30)、测斜管(31)和位移传感器(32)。

10.一种拉顶管施工的室内试验模拟方法,采用如权利要求9所述的一种拉顶管施工的室内试验模拟装置,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一、向箱体(1)内分层填筑试验土体(2),并压实,在填土过程中相应安装好土压力盒(30)、测斜管(31)和位移传感器(32),测斜管(31)竖向安装,试验土体(2)填至圆形顶孔(3)高度时,将模拟管道(4)横穿箱体(1)两侧的圆形顶孔(3),再继续填土直至箱体(1)顶面,将千分表(29)通过支架安装在刚性加载板(17)上,第一压力传感器(26)和第二压力传感器(27)分别与水平液压千斤顶(6)以及竖向液压千斤顶(19)连接,电子弹簧测力计(28)开启,将千分表(29)数值调零,记录各测斜管(31)的水平位移初始值、土压力盒(30)以及位移传感器(32)的初始读数,在泥浆池中装入配比好的润滑泥浆;

步骤二、打开注浆阀门(25),使泥浆池(22)中的润滑泥浆通过注浆加压泵(24)加压,经导浆管(23)运输并从上方的悬挂式喷浆头(21)喷出,使模拟管道(4)外壁上覆盖润滑泥浆层;

步骤三、水平液压千斤顶(6)加压推动模拟管道(4)前移,同时电动式绕线轮(12)转动牵引模拟管道(4)前进,每次拉顶穿越土层一定距离,记录第一压力传感器(26)和第二压力传感器(27)数值、电子弹簧测力计(28)数值、测斜管(31)水平位移值、土压力盒(30)的土压力值、位移传感器(32)的位移值,以及千分表(29)数值;

步骤四、当顶推量超过水平液压千斤顶(6)行程时,水平液压千斤顶(6)的活塞杆回缩,控制第一反力架(5)向前滑动,至导轨(9)的下一限位槽(10)处进行固定;

步骤五、重复步骤三至四,直至模拟管道(4)在试验土体(2)中的拉顶距离超过箱体(1)的两倍长度;

步骤六、根据测斜管(31)的测量结果绘制测斜曲线,根据位移传感器(32)的测量结果绘制变形曲线,根据电子弹簧测力计(28)以及第一压力传感器(26)的测量结果绘制拉力及顶力变化曲线,根据千分表(29)的测量结果绘制加载曲线,综合土压力盒(30)的测量结果进行拉顶管施工过程中地层力学响应分析,完成拉顶管施工实验。

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