[实用新型]一种模拟特大断面变截面城市隧道开挖的试验装置

说明书

本实用新型公开了一种模拟特大断面变截面城市隧道开挖的试验装置，包括由钢板组装成的顶端开口的模型箱、液压加载器、铜制环状支护、铜制固定架、位移及应变监测系统。本试验装置可以通过改变模型箱两端开口处盖板的隧道断面形状大小，实现大断面、变截面等隧道的开挖；可以改变传力垫块的形状和加载大小达到模拟不同建筑荷载的效果；通过设计固定装置调整环向支撑间距以及断面形状大小，达到便捷模拟现场施工支护情况的受力及变形情况，实现变截面、支护环间距可调的功能。

技术领域

本实用新型涉及隧道施工试验技术领域，特别是一种模拟特大断面变截面城市隧道开挖的试验装置。

背景技术

在城市中修建隧道经常会出现下穿城市建筑群的情况，在城市隧道施工过程中,由于岩土体的应力释放,导致隧道围岩应力发生变化,进而导致地层变形和地表沉降，可能会引起建筑的不均匀沉降。隧道开挖受到地表建筑群的限制，研究城市隧道开挖过程中岩土体的位移和应力变化是城市隧道研究的关键问题。目前主要的研究方法是现场监测、数值模拟和模型试验。由于岩土体自身复杂的应力应变关系和工程中多变的地层条件,模型试验通过相似比模拟实际工程地层条件,成为研究隧道开挖过程中应力场变化规律和位移变化规律的重要手段。目前关于隧道开挖的模型试验箱越来越多，功能越来越完善，但是大部分模拟开挖设计方法都比较单一，不能很好的模拟不同截面隧道开挖过程。城市中特大断面隧道，分岔隧道，小净距隧道、变截面隧道日益增加，因此迫切需要一种模拟在城市建筑群下，能实现大断面、变截面等隧道开挖的模型箱装置及方法。

发明内容

本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种模拟特大断面变截面城市隧道开挖的试验装置。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

本实用新型的第一个目的是要提供一种模拟特大断面变截面城市隧道开挖的试验装置，包括由钢板组装成的顶端开口的模型箱，所述模型箱的前端面和后端面的钢板中心下部对称开设有方形孔，所述模型箱内填满有夯实的实验用土壤；

所述模型箱左右两侧的前端面和后端面分别安装有连接钢板，所述连接钢板顶端延伸至模型箱顶端上方，左右两侧的两个连接钢板之间分别固定有滑动底座钢板，两个滑动底座钢板下端面之间设有两条相互平行的顶梁，所述顶梁的两端滑动装配在两个滑动底座钢板上以沿着滑动底座钢板长度方向滑动，每条所述顶梁下方竖直设置一个及一个以上的液压加载器，液压加载器顶端滑动装配在顶梁上以沿着顶梁长度方向滑动；

两个方形孔之间的实验用土壤中按照相同间隔设置有若干用于模拟隧道支护的铜制环状支护，相邻的铜制环状支护之间通过铜制固定架连接；

还包括位移及应变监测系统，所述位移及应变监测系统包括不锈钢管、尼龙线、土压力计、应变片、百分表、应变采集仪和计算机；所述钢管孔径为2cm，每个铜制环状支护的左右两端分别连接一条尼龙线，每一条尼龙线穿过一条钢管，钢管的一端靠近铜制环状支护一侧固定在实验用土壤中、另一端贯穿模型箱的左端面或右端面延伸至模型箱外，每一条尼龙线的另一端穿过对应的钢管延伸至模型箱外后连接百分表；所述土压力计固定于铜制环状支护上方的实验用土壤中，应变片固定在铜制环状支护上，所述土压力计和应变片通过数据传输线连接至模型箱外的应变采集仪和计算机。

进一步地，所述连接钢板宽度方向的两侧上端面分别开设有第一滑槽，所述顶梁的端部固定有两排滑动装配在第一滑槽内的第一滑轮；所述顶梁宽度方向的两侧上端面分别开设有第二滑槽，所述液压加载器顶端两侧固定有两排滑动装配在第二滑槽内的第二滑轮。

进一步地，所述液压加载器包括加载转盘、传力伸缩装置和传力垫块，所述传力伸缩装置顶端转动连接在加载转盘底部，所述传力垫块顶端固定在传力伸缩装置的底部，所述加载转盘上设有压力表。

进一步地，所述铜制固定架包括两个铰连接的铜杆，铜杆的端部连接有套置于铜制环状支护上的套筒，铜杆的铰接端也连接有套置于相邻的铜制环状支护上的套筒。