[發明專利]模擬盾構隧道縱斷面內地層損失擴展的試驗系統及方法

在審

• 申請號: 201610043865.5
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105527404A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 方勇;姚志剛;郭建寧;鄧如勇;汪輝武
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 宋華

1.一種模擬盾構隧道縱斷面內地層損失擴展的試驗系統，其特征在于，包括： 模型試驗箱、地層損失模型、地表荷載加載裝置、滲流裝置、地中及地表位移測量裝置、 土體位移路徑監測裝置；模型試驗箱內部填充試驗土體；所述地層損失模型包括聚氨酯 囊(1)，聚氨酯囊(1)上連接兩根輸水導管(2)，一根用于向聚氨酯囊(1)中輸送水 流，一根將聚氨酯囊(1)中的水流導出，所述聚氨酯囊(1)中填充有可溶于水的固態 粉末，該固態粉末在所述聚氨酯囊(1)中緊密堆積將聚氨酯囊(1)撐起形成預期形狀 的地層損失模型，地表荷載加載裝置包括模態激振器(3)、傳力板(4)、激振器反力梁 (5)，所述傳力板(4)放置在試驗土體表面，模態激振器(3)壓在傳力板(4)上， 模態激振器(3)頂部固定在激振器反力梁(5)上；所述地層損失模型采用多個圓弧狀 聚氨酯囊(1)緊密排列在一起形成；試驗時，依次向緊密排列的圓弧狀聚氨酯囊(1) 注水，溶解所述固體粉末并通過另一根輸水管排出，生成沿隧道縱向連續的地層損失。

2.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，所述固態粉末采用碳酸鈉粉 末。

3.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，所述滲流裝置包括用于提供 滲流水源的水箱(6)及控制水流大小的閥門(7)和導管(8)、出水龍頭(9)。

4.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，所述地中及地表位移測量裝 置包括放置于試驗土體(10)中的用來量測地中位移及地表位移的電子位移計(11)及 位移計固定橫梁(12)。

5.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，所述模型試驗箱為一長方體 結構，頂部開口不予封閉，用于填充試驗土體，模型試驗箱正面采用透明面板(13)， 以便觀察內部試驗土體，其他四個面采用不銹鋼鋼板制作；透明面板上制作有半圓結構 的隧道模型(22)，隧道模型(22)與試驗箱體一體制作。

6.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，透明面板(13)的外表面固 定有位移基準標志(14)，透明面板(13)內側的試驗土體中放置有用于顯示土體移動 路徑的低磨阻的彩色玻璃球(15)。

7.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，還包括土體位移路徑監測裝 置，土體位移路徑監測裝置包括高頻相機(16)、數據線、計算機(18)。

8.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于，試驗土體內部設置有加速度 傳感器(19)，采用加速度傳感器(19)來量測地層損失上方土體的加速度并通過數據 線將信號傳輸至計算機(18)。

9.根據權利要求1-8任一所述的試驗系統進行試驗的方法，其特征在于，包括 以下步驟：制作模型試驗箱、制作地層損失模型、在模型試驗箱中填充試驗土體并安裝 電子位移計(11)、加速度傳感器(19)、放置彩色玻璃球(15)；試驗土體填充完之后 進行壓實處理，在試驗土體表面安裝模態激振器(3)、傳力板(4)和激振器反力梁(5) 以及水箱(6)、水流控制閥門(7)、導管(8)；所述地層損失模型的制作方法為：在一 聚氨酯囊(1)上連接兩根輸水導管(2)，一根用于向聚氨酯囊(1)中輸送水流，一根 將聚氨酯囊(1)中的水流導出，在所述聚氨酯囊(1)中填充可溶于水的固態粉末，該 固態粉末在所述聚氨酯囊(1)中緊密堆積將聚氨酯囊(1)中撐起形成預期形狀的地層 損失模型；然后生成地層損失：模擬施工掘進過程，依次向緊密排列的圓弧狀聚氨酯囊 (1)注水，溶解所述固體粉末并通過另一根輸水管排出，生成縱向連續的地層損失；

開啟水流控制閥門(7)，讓水流通過導管(8)流入試驗土體，并開啟出水龍頭(9)， 讓水流流出模型試驗箱(21)；開啟模態激振器(3)，讓其輸出所需荷載；并通過加速 度傳感器(19)測量土體加速度，并將信號通過數據線將信號傳輸至計算機(18)；

在試驗過程中通過電子位移計(11)測量并記錄地表和地中位移，并通過加速度傳 感器(19)測量土體加速度，并將信號通過數據線傳輸到計算機(18)，同時用高頻相 機(16)監測地層損失上方土體移動路徑及地層損失的擴展過程，通過數據線連接到計 算機(18)。

10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述地層損失模型采用多個圓弧 狀聚氨酯囊(1)緊密排列在一起形成；試驗時，依次向緊密排列的圓弧狀聚氨酯囊(1) 注水，溶解所述固體粉末并通過另一根輸水管排出，生成沿隧道縱向連續的地層損失。