[发明专利]一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台

权利要求书

1.一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，其特征是，整体设计成模型箱型式，箱内包括承载主机(1)、支撑挡板、加载系统(7)、掘进系统(2)、数据采集系统、上位机(22)，其中：

所述承载主机(1)，位于线性滑轨(101)之上，能够在滑轨上滑动；与后向支撑挡板(3)，侧向支撑挡板(4)及下支撑挡板(5)构成临时的试验模型箱；

所述加载系统(7)最大限度模拟盾构开挖位置处真实地应力，实现对不同埋深盾构掘进的模拟，为极端情况的超深盾构施工土体响应研究提供试验基础；

所述掘进系统(2)模拟盾构施工时盾构机的掘进过程；

数据采集系统中，其数据采集仪(17)能和土压力盒(18)与位移传感器(19)连接，从而获取试验时土体位移和土压变化；

所述上位机(22)与数据采集仪(17)相连，获取土样(13)的位移时空变化规律及力学响应效应；同时，上位机(22)与承载主机(1)、掘进系统(2)、加载系统(7)连接，根据设定试验任务控制各个执行机构。

2.如权利要求1所述的模型试验台，其特征在于，加载系统(7)通过伺服油源(707)伺服油源操作面板(708)控制各油缸(710)的液压值，通过顶推侧向加载板(701)，上加载板(702)，背向加载板706完成对于土样(13)的加压；上加载板(702)施加竖向压力σ_cz模拟盾构掘进时所受土体竖向压力，确定油缸(710)通过侧向加载板(701)施加水平向压力σ_cX模拟盾构掘进时所受土体水平向压力，确定油缸(710)通过背向加载板706施加水平向压力σ_cY模拟盾构掘进时所受土体沿掘进方向的水平向压力；

σ_cz＝γZ

σ_cX＝σ_cY＝K₀σ_cz

式中：K₀为土侧压力系数，σ_cz为土体竖向压力，γ为土体天然重度，Z为盾构施工实际深度；K₀和γ在试验前通过室内土工试验测定。

3.如权利要求2所述模型试验台，其特征在于，再进一步的，所述加载系统(7)：

侧向加载板(701)，共有两块，分别位于外承载框架(704)内环的左右两侧，各固定有一个油缸(710)，对土样(13)施加水平向压力σ_cX，模拟盾构施工时土体水平向真实压力环境；

位于外承载框架(704)内环的上侧，固定有油缸(710)，对土样(13)施加竖向压力σ_cz，模拟盾构施工土体竖向压力真实环境；

反力架(703)，与外承载框架(703)相连，下方固定有(705)反力架支撑脚，保证加载系统(7)的整体稳定性；固定有一个油缸(710)，顶推背向加载板(706)，对土样(13)施加水平向压力σ_cY，模拟盾构施工土体掘进方向水平向土压力真实环境；

外承载框架(704)，“回”字形，背部固定有反力架(703)，前侧与线性滑轨(101)相连；内环四侧各固定有一个油缸(710)，上侧和左右两侧的油缸，顶推加载板对土体施加压力，模拟盾构施工土体竖向及水平真实压力环境；

后向加载板(706)，与反力架(703)处的油缸(710)相连，通过顶推后向加载板(706)，对土样(13)施加水平向压力σ_cY，模拟盾构施工土体掘进方向土压力真实环境。

4.如权利要求3所述模型试验台，其特征在于，再进一步的，所述反力架支撑脚(705)，与反力架(703)相连，保证整个加载系统(7)的稳定性。

5.如权利要求1所述模型试验台，其特征在于，掘进系统控制器(212)控制小电机(209)转动上转动杆(211)，带动履带(207)，从而转动带齿轮转动杆(210)，并沿进刀辅助杆(203)齿状纹路推进，并由此带动进刀器(202)推进；通过掘进系统操作面板(213)设定控制进刀器(202)的推进速度V₁模拟盾构实际工程中推进速度V，控制电钻(201)的转速ω₁模拟盾构机的转速ω。