[發(fā)明專利]一種隧道及地下工程多功能模型試驗系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010159472.3
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN102235942A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張子新;石振明;黃昕;雷慶華
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模型試驗系統(tǒng)，尤其是涉及一種隧道及地下工程多功能模型試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

模型試驗技術(shù)是研究巖土體中大型隧道工程問題的重要手段，可以定性或定量地研究隧道工程中圍巖以及隧道結(jié)構(gòu)的受力變形特性，試驗結(jié)果能較好地反映真實的工程情況且具有廣泛的適用性，能為數(shù)值計算模型的建立提供合理的參數(shù)以及為數(shù)值模擬的結(jié)果提供可靠對比及參考依據(jù)，在研究一些極為復(fù)雜的工程問題時，模型試驗技術(shù)甚至成為了唯一方法。因此，模型試驗技術(shù)在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用，并在工程科研、設(shè)計及論證中發(fā)揮了重要作用。國際上如美國、俄羅斯、德國、意大利、日本、挪威等發(fā)達(dá)國家都先后開展了有關(guān)模型的試驗研究工作，并針對不同的隧道形式、施工工藝及巖土體中的隧洞開挖過程中隧道結(jié)構(gòu)與圍巖穩(wěn)定性問題和其力學(xué)機(jī)理，進(jìn)行了卓有成效的研究工作，并研制了相應(yīng)的試驗設(shè)備；國內(nèi)如中國科學(xué)院系統(tǒng)的地質(zhì)與地球物理研究所、武漢巖土力學(xué)研究所、清華大學(xué)，原武漢水利電力大學(xué)、長江科學(xué)院、總參工程兵科研三所、鐵道部科學(xué)研究院西南分院，西南交通大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)等單位，都先后開展了這方面的研究工作，并研制了規(guī)模不等的配套模型試驗設(shè)備。從總體上看，國內(nèi)外隧道工程模型試驗設(shè)備的種類和樣式是比較多的。例如：從模型放置方式看，分為臥式、立式兩類；從模型加載方式看，主要是采用千斤頂加載，少數(shù)用液囊或是氣囊加載；從反力的提供方式看，有金屬框架式和基坑式；從模型受力維數(shù)看，大部分都是二維的；從控制模型的平面應(yīng)變條件看，嚴(yán)格達(dá)到的不多，大多采用準(zhǔn)平面應(yīng)變條件；從模型內(nèi)所產(chǎn)生應(yīng)變場均勻程度和均勻范圍看，一般都比較小。然而，隨著巖土體中隧道工程的規(guī)模及難度越來越大，出現(xiàn)的工程問題更加復(fù)雜，需要研究的內(nèi)容也越來越多，對隧道及地下工程建設(shè)的科研設(shè)計水平和計算精度的要求越來越高，現(xiàn)有試驗設(shè)備在功能、加載方式、模型內(nèi)所形成的應(yīng)變場范圍和均勻程度等方面已不能很好地滿足工程實踐的需要，因此，迫切需要研制一種性能優(yōu)良、技術(shù)先進(jìn)、功能多樣化的隧道及地下工程試驗設(shè)備，以滿足隧道及地下工程研究的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多功能、較好地模擬賦存于巖土體中隧道的受力環(huán)境的隧道及地下工程多功能模型試驗系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種隧道及地下工程多功能模型試驗系統(tǒng)，其特征在于，該試驗系統(tǒng)包括軌道、模型箱、伺服控制的試驗加載裝置、轉(zhuǎn)動座、轉(zhuǎn)動軸及支架，所述的軌道設(shè)在該試驗系統(tǒng)的頂部，所述的模型箱設(shè)在該試驗系統(tǒng)的中部，包括外框架、內(nèi)框架及有機(jī)玻璃板，所述的伺服控制的試驗加載裝置包括水平加載千斤頂及豎向加載千斤頂，所述的豎向加載千斤頂設(shè)在該試驗系統(tǒng)的上部，所述的水平加載千斤頂設(shè)在該試驗系統(tǒng)的兩側(cè)，所述的轉(zhuǎn)動軸設(shè)在該試驗系統(tǒng)中部的兩側(cè)，所述的轉(zhuǎn)動座設(shè)在該試驗系統(tǒng)上部的背面，經(jīng)轉(zhuǎn)動加載缸與支架連接。

所述的有機(jī)玻璃板設(shè)在模型箱前部，該有機(jī)玻璃面板上開設(shè)有預(yù)留孔或開挖孔，所述的預(yù)留孔或開挖孔的位置和形狀配合巖土體隧道開挖的二維模型試驗，實現(xiàn)隧道開挖模擬。

所述的有機(jī)玻璃板設(shè)在模型箱前部，該有機(jī)玻璃面板上開設(shè)有預(yù)留孔或開挖孔，所述的預(yù)留孔或開挖孔的位置和形狀配合城市建設(shè)中交叉穿越工程模型試驗，模擬交叉穿越時對隧道的影響。

所述的有機(jī)玻璃板的透光率＞95％，實現(xiàn)外部的數(shù)字照相系統(tǒng)對模型的變化的同步記錄。

所述的模型箱下部還可設(shè)置底部千斤頂及旋轉(zhuǎn)桿，該底部千斤頂及旋轉(zhuǎn)桿通過抬升引起模型箱旋轉(zhuǎn)至模型邊坡破壞位置，進(jìn)行巖土體邊坡模型試驗?zāi)M。

所述的隧道及地下工程多功能模型試驗系統(tǒng)可以進(jìn)行巖土體邊坡模型試驗、巖土體隧道開挖的二維模型試驗、城市建設(shè)中交叉穿越工程模型試驗或立面旋轉(zhuǎn)加載試驗。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)該裝置具有一機(jī)多用功能，可對塊體系統(tǒng)、巖石隧道開挖、洞室、洞群、邊坡、盾構(gòu)開挖和穿越建(構(gòu))筑物進(jìn)行模型試驗；

(2)可實現(xiàn)不同建(構(gòu))筑物超載(點荷載或局部均布荷載)的模擬；

(3)有效地解決了模型試驗中要求應(yīng)變場均勻范圍大、均勻程度高的技術(shù)難題，能較好地模擬賦存于巖土體中隧道的受力環(huán)境。

附圖說明

圖1為使用本發(fā)明進(jìn)行圓形隧道平面模型試驗的主視圖；

圖2為使用本發(fā)明進(jìn)行矩形隧道平面模型試驗的主視圖；

圖3為使用本發(fā)明進(jìn)行交叉穿越工程平面模型試驗的主視圖；

圖4為使用本發(fā)明進(jìn)行巖土體邊坡模型試驗的主視圖；