[发明专利]一种模拟顶管施工引发地层变形的试验方法及装置

摘要

本发明公开了一种模拟顶管施工引发地层变形的试验方法及装置，步骤：1）安装侧向柔性加载囊；2）填土；3）安装模拟顶管；4）安装加载系统；5）加载；6）监测初始值；7）模拟开挖地层损失过程；8）试验数据的整理与分析。将侧向柔性加载囊黏贴在模型箱内壁上，左端连接侧向柔性加载囊，右端连接侧向加载压力表，侧向加载压力表通过侧向加压注水管与侧向加载加压泵连接，侧向柔性加载囊顶部设排气阀，在模型箱前侧壁距模型箱底开圆孔，圆形顶管预留孔周边焊接螺柱，模拟顶管右端放置在模型箱前侧壁圆形顶管预留孔处，模拟顶管左端紧贴模型箱后壁放置，结构合理、操作方便，用于模拟顶管隧道施工引发的地层变形模型试验。

主权项

一种模拟顶管施工引发地层变形的试验方法，其步骤是：1）安装侧向柔性加载囊：开启侧向注水阀（45）和侧向柔性加载囊（1）上的第一排气阀（12），启动侧向加载加压泵（9），给侧向柔性加载囊（1）注水，直到侧向柔性加载囊（1）注满水，停止注水，并关闭侧向注水阀（45）和第一排气阀（12），将侧向柔性加载囊（1）安装在模型箱（19）右侧壁的预设位置；2）填土与埋深监测元件：在模型箱（19）中分层均匀地填入试验土体（42），并在预设位置埋设土压力盒（20）和位移传感器（21），土压力盒（20）和位移传感器（21）外接数据采集仪，实时采集试验土体土压力和位移数据，试验土体（42）填至模型箱（19）前侧壁上的圆形顶管预留孔（43）时停止填土；3）安装模拟顶管：将模拟顶管（18）安装在模型箱（19）预设位置，开启进水总管阀门（25）、排气总管（27）、进水支管阀门（33）和排气支管阀门（34），启动进水总管加压泵（26），给环形水囊（22）注水，排气支管阀门（34）和排气总管（27）出水时，关闭排气支管阀门（34）、排气总管（27）、进水总管加压泵（26）、进水总管阀门（25）和进水支管阀门（33），继续填土至高度2.2m‑2.8m；4）安装加载系统：开启竖向注水阀（46）和竖向柔性加载囊（2）上的第二排气阀（17），启动竖向加载加压泵（14），给竖向柔性加载囊（2）注水，直到竖向柔性加载囊（2）注满水，停止注水，并关闭竖向注水阀（46）和第二排气阀（17），将充满水的竖向柔性加载囊（2）平放在试验土体（42）上表面，之后将刚性加载板（3）、传力柱（6）、液压千斤顶（7）安装在预设位置；5）加载：加载系统安装完成后通过液压千斤顶（7）对试验土体（42）加载到压力为100kPa‑600kPa，模拟实际施工过程中顶管所受的上覆压力，开启侧向注水阀（45），启动侧向加载加压泵（9），给侧向柔性加载囊（1）加压到预设压力为50kPa‑300kPa，加压完毕后静置1~2天；6）监测初始值：在模拟开挖之前，记录各监测物理量的初始值；7）模拟顶管施工地层损失过程：首先开启模拟顶管（18）左端环形水囊（22）相连的进水支管（31）上的进水支管阀门（33）和进水总管（23）上的进水总管阀门（25），将钢管（40）外周包裹的环形水囊（22）中的水排出，通过流量计（28）和进水总管压力表（24）分别记录排水量和环形水囊（22）中水压力，排水量和压力达到预设值时，关闭进水支管阀门（33）和进水总管阀门（25）停止排水，静置1~2天，在整个过程中记录各监测物理量变化，然后，按从左至右的顺序，逐个排放模拟顶管（18）中环形水囊（22）中的水，同时记录各监测物理量变化；8）试验数据的整理与分析：对试验中位移和压力物理量的监测进行整理，分析开挖前后试验土体（42）位移和土压力的变化规律，阐明顶管开挖引起的地层损失规律及其影响因素。