[實用新型]離心場中隧道地層損失模擬系統

有效

• 申請號: 201620995128.0
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN206249764U
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 宋戈陽;宋濤;宋衛芳
• 申請（專利權）人: 宋戈陽
• 主分類號: G09B23/40
• 分類號: G09B23/40
• 代理公司: 寶雞市新發明專利事務所61106
• 代理人: 李鳳岐

技術領域：

本實用新型屬于隧道地層模擬系統技術領域，具體涉及一種離心場中隧道地層損失模擬系統。

背景技術：

隧道的開挖不可避免的會產生隧道地層損失，所謂的隧道地層損失就是在隧道開挖過程中對土層造成了擾動，隨之而來的會出現不同程度的土層下陷，這樣的下陷會對地下空間周邊的建筑造成或多或少的影響。研究清楚隧道開挖對周邊建筑的影響對隧道施工有著至關重要的意義。現有的研究方法主要分為三大類：數值模擬、現場檢測和土工離心模型實驗。土工離心模型實驗技術是近二三十年迅速發展起來的一項嶄新的土工物理模型技術。通過施加在模型上的離心慣性力使模型的重度變大，從而使模型的應力與原型一致，這樣就可以用模型反映、表示原型。數值模擬的方法需要對所研究的土層性質具有深入的了解，同時將這些土層性質轉化成參數再利用數學計算來模擬，其中土力學參數對結果的影響非常大，并且參數的獲取和測試相對費時且可靠性值得探討。現場檢測的方法局限性在于儀器的誤差，人為造成的誤差以及需要大量的人力物力和資金支持。

土工離心機提供了一個快速可靠穩定的解決方案，將所研究的土層材料直接放進離心機，通過離心場模擬真實情況從而得到可靠穩定的數據。離心模擬的難點在于準確穩定的模擬土層損失。目前現有的模擬方法難以準確控制土層損失的大小和形狀。

實用新型內容：

本實用新型提供一種離心場中隧道地層損失模擬系統，可以克服現有土工模擬控制系統上的缺陷，精確控制土層損失的形狀和大小。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：一種離心場中隧道地層損失模擬系統，包括模型箱，所述模型箱安裝在離心機上，所述模型箱中設有隧道模型組件，所述隧道模型組件包括一個左右兩段旋向相反的滾珠絲桿、兩個對稱套裝在滾珠絲桿上的絲桿螺母、兩個對稱固定在絲桿螺母上的六角內核，所述六角內核的六個面上分別固定有六個外高內低的楔形導板，兩個六角內核上共固定有十二個兩兩對稱的楔形導板，形成六組楔形導板；所述楔形導板上均固定有線性滑軌，十二個線性滑軌兩兩對稱形成六組線性滑軌；六個拱形蓋板分別對應六組楔形導板，且每個拱形蓋板內側均具有與所對應的那組楔形導板斜度相同的兩個斜面，所述斜面上均固定有線性滑臺，所述線性滑臺安裝在對應的線性滑軌上，使六個拱形蓋板分別位于六組線性滑軌上構成隧道模型；所述模型箱前后兩側均設有絲桿支撐，所述滾珠絲桿的兩端安裝在絲桿支撐中，并使拱形蓋板的兩端抵在模型箱的內壁上；所述滾珠絲桿的后端聯接有傳動機構，所述傳動機構通過數控機構控制；所述傳動機構帶動滾珠絲桿轉動，使兩個對稱的絲桿螺母相互分離，從而帶動兩個六角內核以及相互對稱的線性滑軌向兩端分離運動，迫使六個拱形蓋板向滾珠絲桿軸心收縮，實現對土層損失的模擬。

所述位于六角內核底部的楔形導板的楔形角度為0-3°，位于六角內核下部兩側的楔形導板的楔形角度為1-4°，位于六角內核上部兩側的楔形導板的楔形角度為1-4°，位于六角內核頂部第五楔形導板的楔形角度為2-5°。

所述傳動機構包括直角行星減速機、步進電機，所述直角行星減速機的動力輸入軸與步進電機聯接，動力輸出軸與滾珠絲桿的后端通過聯軸器相聯接；所述數控機構包括步進電機驅動器、數據采集器和數控電腦；所述步進電機驅動器的輸出接口與步進電機相連接，數據采集器的輸出端口與步進電機驅動器的輸入接口相連接，數據采集器的輸入端口與數控電腦相連接控制步進電機的轉動角度。

所述的模型箱包括底板、左右側板、后蓋板、透明觀察窗以及前擋板框；所述后蓋板底端與底板固定，所述左右側板固定在后蓋板兩側；所述前擋板框兩側與左右側板固定，底端與底板固定；所述透明觀察窗固定在前擋板框中央；所述拱形蓋板的兩端抵在透明觀察窗和后蓋板的內側不能進行水平方向的移動；所述后蓋板、透明觀察窗上對應六角內核的位置具有通孔，使兩個六角內核以及相互對稱的線性滑軌向兩端分離運動時能自通孔中通過。

本實用新型與現有技術比較具有的優點和效果：

1、本實用新型通過機械傳動的隧道收縮系統在離心場中模擬隧道地層損失，克服了現有土工模擬控制系統難以精確控制土層損失的形狀和大小的缺陷。

2、本實用新型六對可拆卸楔形導板具有4個不同的角度，且每一個楔形導板的角度都可以自由控制大小，從而實現對每一個弧形蓋板向絲桿軸心方向位移大小的控制，實現模擬地層損失上大下小的形狀，且收縮形狀可以根據科研要求進行調整，從而盡可能接近真實地層損失之后的隧道形狀，也滿足了不同地質條件下隧道地層損失模擬實驗。

附圖說明：