[發(fā)明專利]一種膨脹土地區(qū)泥水平衡盾構(gòu)隧道管片受力分析試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510340794.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN104931414B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建秀;劉笑天;殷堯;吳林波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N19/00
• 分類號(hào): G01N19/00;G01L5/00
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31290
• 代理人: 葉鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地質(zhì)工程、隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種膨脹土地區(qū)泥水平衡盾構(gòu)隧道管片受力分析試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

1938年美國(guó)墾務(wù)局在一座鋼制的虹吸管工程中，首先發(fā)現(xiàn)了膨脹土問題，隨后引起了廣泛關(guān)注。到上世紀(jì)60年代，膨脹土問題受到廣泛重視而相關(guān)研究迅速發(fā)展。尤其涉及泥水平衡盾構(gòu)隧道，在管片安裝后殘留漿液及地下水持續(xù)向隧道周邊土體滲透，膨脹土吸水后發(fā)生膨脹變形，在管片和周圍土體約束下產(chǎn)生膨脹力。以往研究大多采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段，然而，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜且干擾因素較多，往往無法獲得真實(shí)有效的分析管片所受到的膨脹力及膨脹土膨脹范圍。綜上所述，目前尚無一款能夠測(cè)試膨脹土地區(qū)泥水平衡盾構(gòu)隧道管片受力的試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述技術(shù)缺陷而提供的一種膨脹土地區(qū)泥水平衡盾構(gòu)隧道管片受力分析試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種膨脹土地區(qū)泥水平衡盾構(gòu)隧道管片受力分析試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置包括主體框架、測(cè)量系統(tǒng)和加水系統(tǒng)。

所述的主體框架包括模型箱、活動(dòng)板、液壓千斤頂和試驗(yàn)管片。所述的模型箱整體框架采用角鋼支撐，正立面采用固定鋼化玻璃，側(cè)立面采用固定鋼板，頂?shù)酌娌捎每刹鹦朵摪澹凰龅膫?cè)立面鋼板設(shè)有圓形開孔用于試驗(yàn)管片穿越；所述的活動(dòng)板包含上、下兩塊，位于模型箱內(nèi)，可沿豎直方向移動(dòng)，兩塊活動(dòng)板中間為試驗(yàn)膨脹土；所述的液壓千斤頂包括兩個(gè)，分別位于上活動(dòng)板上方和下活動(dòng)板下方，用于對(duì)試驗(yàn)膨脹土施加豎向荷載；所述的試驗(yàn)管片采用相似材料制作，與側(cè)立面圓形開孔緊密連接。

所述的測(cè)量系統(tǒng)包括若干土壓力計(jì)、若干孔隙水壓力計(jì)、若干應(yīng)變片和數(shù)據(jù)采集儀。所述的土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)分別布設(shè)于活動(dòng)板內(nèi)表面以及試驗(yàn)管片周邊；所述的土壓力計(jì)用于測(cè)量試驗(yàn)管片周邊試驗(yàn)膨脹土應(yīng)力分布；所述的孔隙水壓力計(jì)用于測(cè)量試驗(yàn)管片周邊試驗(yàn)膨脹土孔隙水壓力分布；所述的應(yīng)變片粘貼在試驗(yàn)管片內(nèi)、外兩側(cè)，用于測(cè)量管片變形；所述的數(shù)據(jù)采集儀用于采集并記錄土壓力計(jì)、孔隙水壓力計(jì)和應(yīng)變片測(cè)量數(shù)據(jù)。

所述的加水系統(tǒng)包括蠕動(dòng)泵、軟管和毛細(xì)管。所述的蠕動(dòng)泵能夠精確控制輸水速率；所述的毛細(xì)管從試驗(yàn)管片分多個(gè)方向?qū)⑺鶆驅(qū)朐囼?yàn)管片與試驗(yàn)膨脹土接觸帶。

本發(fā)明的使用：首先將模型箱頂板、上液壓千斤頂和上活動(dòng)板拆除，安裝試驗(yàn)管片并粘貼應(yīng)變片，向模型箱內(nèi)填放試驗(yàn)膨脹土并分層擊實(shí)，同時(shí)埋設(shè)測(cè)量所需土壓力計(jì)與孔隙水壓力計(jì)，當(dāng)試驗(yàn)膨脹土填放至預(yù)設(shè)高度時(shí)在其上方分別放置上活動(dòng)板、上液壓千斤頂和模型箱頂板，通過上下液壓千斤頂向試驗(yàn)膨脹土施加軸向荷載。設(shè)定蠕動(dòng)泵輸水速率，水依次通過軟管、毛細(xì)管均勻進(jìn)入試驗(yàn)管片與試驗(yàn)膨脹土接觸帶。利用數(shù)據(jù)采集儀采集并記錄試驗(yàn)膨脹土各測(cè)量點(diǎn)土壓力、孔隙水壓力和管片變形數(shù)據(jù)。

本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果：

本發(fā)明能夠精確測(cè)量泥水平衡盾構(gòu)隧道管片所受到的膨脹力及膨脹土膨脹范圍，彌補(bǔ)已有方法不足，能夠?yàn)楣こ痰刭|(zhì)、隧道工程等相關(guān)領(lǐng)域提供泥水平衡盾構(gòu)隧道膨脹土膨脹性能參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置正立面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的裝置側(cè)立面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1中，1為模型箱，2為試驗(yàn)膨脹土，3為試驗(yàn)管片，4為活動(dòng)板，5為液壓千斤頂，6為液壓泵，7為蠕動(dòng)泵，8為軟管，9為毛細(xì)管，10為土壓力計(jì)，11為孔隙水壓力計(jì)，12為應(yīng)變片，13為數(shù)據(jù)采集儀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

具體實(shí)施例中，如圖1所示，該裝置包括模型箱1，試驗(yàn)膨脹土2，試驗(yàn)管片3，活動(dòng)板4，液壓千斤頂5，液壓泵6，蠕動(dòng)泵7，軟管8，毛細(xì)管9，土壓力計(jì)10，孔隙水壓力計(jì)11，應(yīng)變片12，數(shù)據(jù)采集儀13。

模型箱1側(cè)立面設(shè)有圓形開孔用于試驗(yàn)管片3穿越。活動(dòng)板4包含上、下兩塊，位于模型箱1內(nèi)，可沿豎直方向移動(dòng)，兩塊活動(dòng)板4中間為試驗(yàn)膨脹土2。液壓千斤頂5包括兩個(gè)，分別位于上活動(dòng)板4上方和下活動(dòng)板4下方，用于對(duì)試驗(yàn)膨脹土2施加豎向荷載。

土壓力計(jì)10和孔隙水壓力11計(jì)分別布設(shè)于活動(dòng)板4內(nèi)表面和試驗(yàn)管片3周邊，用于測(cè)量試驗(yàn)膨脹土2應(yīng)力和孔隙水壓力分布，應(yīng)變片12粘貼在試驗(yàn)管片3內(nèi)、外兩側(cè)，用于測(cè)量試驗(yàn)管片3變形，數(shù)據(jù)采集儀13用于采集并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。

如圖2所示，毛細(xì)管9從試驗(yàn)管片3八個(gè)方向?qū)⑺鶆驅(qū)朐囼?yàn)管片3與試驗(yàn)膨脹土2接觸帶。

裝置使用時(shí)，首先將模型箱1頂板、上液壓千斤頂5和上活動(dòng)板4拆除，安裝試驗(yàn)管片3并粘貼應(yīng)變片12，向模型箱1內(nèi)填放試驗(yàn)膨脹土2并分層擊實(shí)，同時(shí)埋設(shè)測(cè)量所需土壓力計(jì)10與孔隙水壓力計(jì)11，當(dāng)試驗(yàn)膨脹土2填放至預(yù)設(shè)高度時(shí)在其上方分別放置上活動(dòng)板4、上液壓千斤頂5和模型箱1頂板，通過上下液壓千斤頂5向試驗(yàn)膨脹土2施加軸向荷載。設(shè)定蠕動(dòng)泵7輸水速率，水依次通過軟管8、毛細(xì)管9均勻進(jìn)入試驗(yàn)管片3與試驗(yàn)膨脹土2接觸帶。利用數(shù)據(jù)采集儀13采集并記錄試驗(yàn)膨脹土各測(cè)量點(diǎn)土壓力、孔隙水壓力和管片變形數(shù)據(jù)。