[发明专利]隧道开挖土体体积损失模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种隧道开挖土体体积损失模拟系统及方法，旨在解决现有技术控制精度和操作复杂的技术问题。该模拟系统包括：试验箱、既有隧道结构模型、土体损失模拟装置、数据处理终端；所述土体损失模拟装置包括：模拟管片、支撑件、弹性封堵件、竖向位移模块、竖向位移测量模块；该损失模拟方法包括调试土体体积损失模拟装置、准备模拟环境、调整竖向位移模块、计算土体损失率。具有模拟精度和可靠性高、操作简单的优点。

技术领域

本发明涉及地下工程模拟试验技术领域，具体涉及一种隧道开挖土体体积损失模拟系统及方法。

背景技术

随着社会经济的发展，地面交通逐渐不能满足人类生活的需要，为引导城市合理布局和有序开发，充分利用地下资源为城市发展提供广阔的延伸空间，近年来地下空间逐步向大埋深、大空间方向发展，各类复杂环境下的近距离穿越工程不断涌现，已经在一定程度上制约了城市地下空间的开发利用，也给后来的地下工程建设带来了更加困难的挑战，新建隧道不可避免的会穿越地下既有结构物，并会对其造成一定影响，尤其在循环荷载作用下，新建隧道的开挖所引起地应力的扰动，会导致地层体积的损失，进而使地层产生不同规模的变形，影响既有地下结构物的安全。其中，地层的变形与土体体积损失率密切相关，直接影响隧道工程的安全，严重时直接导致巨大的社会经济损失以及危害公共安全。

目前针对盾构施工引起的地层损失研究主要采用现场测试法、数值计算法和模型试验法。其中，模型试验基于相似理论，因为具有模型尺寸较小，经济性好，针对性较强，测试数据准确等优点，在土木工程研究领域得到了广泛的应用。在盾构施工所引发的地层损失的模型试验研究中，主要采用水囊法、气囊法和冰袋法来模拟地层损失。水囊法与气囊法类似，在进行试验土体填充时埋入水囊，水囊上连接一导管，该导管延伸至试验箱体外，并通过阀门控制水的自然流出进而形成地层损失。气囊法是在试验箱体内预先放置气囊，通过导管连接气泵将气囊充满，然后填充土体过程中，材料填充完毕并压实后，放掉空气即在试验土体中形成地层损失。冰袋法在水囊法的基础上进行了改进，用冰块代替水囊法中的水，并在冰块制作时放入加热装置在试验过程中开启加热装置使冰块融化，以形成地层损失。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

1.装置结构复杂，需要外接水源或气源或热源；

2.模拟精度不高，由于采用水、气、冰作填充物，其流体释放过程不均匀，对释放量难以达到精确控制。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种隧道开挖土体体积损失模拟系统及方法，通过竖向位移模块和竖向位移测量模块，解决了控制精度和操作复杂的技术问题。

根据本公开的一个方面，提供一种隧道开挖土体体积损失模拟系统，包括：试验箱、既有隧道结构模型、土体损失模拟装置、数据处理终端，

所述既有隧道结构模型下方等距设有位移计；

所述土体损失模拟装置包括：两块上下对称设置的半圆形模拟管片、水平设置在所述模拟管片内的支撑件、用于封堵两块模拟管片对照端面间空隙的弹性封堵件、设于支撑件间的分别对称布置的竖向位移模块和竖向位移测量模块，所述竖向位移测量模块分别与所述数据处理终端对应电连接。

在本公开的一些实施例中，所述支撑件为用于填充所述模拟管片底部为平台的对应拱形支撑件，且该支撑件的拱面对应位置处设有凸榫，所述模拟管片设有与所述凸榫对应的榫槽。

在本公开的一些实施例中，所述支撑件为具有一定厚度的平板。

在本公开的一些实施例中，所述支撑件用于形成平台的平面设有与所述竖向位移模块和竖向位移测量模块对应的用于固定的卡槽。

在本公开的一些实施例中，所述弹性封堵件为海绵块或弹性膜。