[发明专利]一种拉顶管施工的室内试验模拟装置及方法

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。