[發(fā)明專利]一種突水突泥開挖模擬裝置及模擬突水突泥災(zāi)害的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710139052.0
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106872334A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張蕊;李能;王志偉;王衛(wèi)斌;李洪崗;高立;楊子龍;邱紹富;任慶慧;聶文峰;唐本升;陳瓊;芶文錦
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵二院昆明勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N33/24
• 代理公司: 昆明正原專利商標(biāo)代理有限公司53100
• 代理人: 陳左

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種突水突泥開挖模擬裝置，尤其涉及一種用于模擬高速鐵路隧道開挖過程中隱伏巖溶突水突泥災(zāi)害的裝置，還涉及模擬突水突泥災(zāi)害的方法，屬于高速鐵路隧道工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

中國巖溶區(qū)面積總約3.44×106km²，其中，裸露巖溶區(qū)面積為9.07×105km²。西南以云、貴、桂為主體，包括川、渝、鄂、湘部分地區(qū)，巖溶面積達(dá)5.0×105km²，貴州省面積80%以上均為可溶巖。巖溶山區(qū)高速鐵路的建設(shè)與運營很大程度上受復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和水文地質(zhì)條件制約?！矫?，隧道圍巖中隱伏巖溶溶洞的存在，使得隧道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，導(dǎo)致了隧道圍巖巖層剛度和地應(yīng)力場也發(fā)生變化；另一方面，由于巖溶水的存在，造成了隧道建設(shè)過程中水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的改變，導(dǎo)致了巖溶滲透水壓力值升高，隧道圍巖強度降低。隱伏巖溶隧道在開挖過程中，巖溶溶腔中的泥水混合兩相體在開挖破壞擾動和高滲透壓力的雙重作用下沖破隧道防突層而高壓涌出，輕者會影響工程施工及運營，重者會導(dǎo)致重大經(jīng)濟損失乃至人員傷亡。

隨著以上問題的日益突出，對隱伏巖溶隧道開挖突水突泥災(zāi)害的研究已經(jīng)成為本領(lǐng)域的熱點。國內(nèi)外學(xué)者展開了大量的研究工作，其中物理模擬研究為最常用、最有效的手段之一。但在實際模擬過程中，由于隱伏巖溶隧道突水突泥過程的影響因素較多，相關(guān)的突水突泥物理模擬裝置或多或少均存在缺陷，例如專利CN101231226B公開了一種大尺寸巖石試樣高壓滲透試驗裝置，但其只針對巖樣測試；專利CN101308126A公開了一種開挖突水的模擬裝置，但其最大承受水壓僅為1MPa，不能滿足高承壓水作用下隧道突水突泥試驗?zāi)M的要求；專利CN204855131U公開了一種構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗裝置，雖然其能模擬高承壓條件下的突水突泥，但是不能實現(xiàn)開挖工況下的突水突泥模擬，也難以摸索出相應(yīng)的突水突泥規(guī)律。由此可見，相關(guān)的隱伏巖溶隧道開挖突水突泥試驗裝置有待于更進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的就是現(xiàn)有高速鐵路隧道修建過程中，隱伏巖溶隧道開挖突水突泥災(zāi)害的物理模擬裝置均不同程度的存在缺陷，提供一種隱伏巖溶隧道開挖突水突泥試驗裝置，剛度大、強度高、密封性較好、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠模擬出不同位置、不同充填條件及不同壓力條件下的巖溶隧道開挖過程中突水突泥的裝置，具體方案如下：

一種突水突泥開挖模擬裝置，包括底座、試驗腔、豎直加壓的加壓裝置和進水口，其特征在于：所述試驗腔一側(cè)設(shè)有兩個開挖入口，分別位于試驗腔的上下側(cè)，通過上側(cè)或下側(cè)的開挖入口向內(nèi)開挖隧道，試驗腔內(nèi)部裝有巖體相似材料和巖溶溶腔，所述巖體相似材料將巖溶溶腔包圍；所述試驗腔設(shè)于底座上，所述加壓裝置設(shè)于試驗腔頂部，所述試驗腔上還設(shè)有進水口。

進一步地，所述加壓裝置包括受力部、加壓傳力桿和透水板，所述受力部設(shè)于加壓傳力桿頂部，所述加壓傳力桿通過密封裝置與試驗腔連接，所述加壓傳力桿底部連接透水板，所述透水板下端設(shè)有頂部透水毛氈。

進一步地，密封裝置為法蘭盤，所述法蘭盤周圍設(shè)有若干連接件，法蘭盤通過若干連接件與試驗腔頂部連接，法蘭盤中部設(shè)有孔，所述加壓傳力桿穿過孔，所述孔上設(shè)有密封圈。

進一步地，所述孔有三個，且三個孔之間的連線呈三角形，所述進水口設(shè)于所述三角形旁側(cè)。

進一步地，所述底座包括底部法蘭盤和支架，試驗腔設(shè)于底部法蘭盤上，試驗腔底部設(shè)有底部透水毛氈，底部透水毛氈與底部法蘭盤接觸，底部法蘭盤中部設(shè)有第二進水口。

進一步地，所述開挖隧道外周設(shè)有電纜密封接頭。

進一步地，巖體相似材料內(nèi)部沿隧道開挖方向依次設(shè)置第一橫向監(jiān)測斷面和第二橫向監(jiān)測斷面，所述隧道與第一橫向監(jiān)測斷面和第二橫向監(jiān)測斷面垂直，所述巖溶溶腔位于第一橫向監(jiān)測斷面和第二橫向監(jiān)測斷面之間，以便進行數(shù)據(jù)采集和評估。

本發(fā)明涉及的一種上述的突水突泥模擬裝置模擬突水突泥的方法，包括如下步驟：

（1）組裝裝置；

（2）將巖體相似材料鋪設(shè)在試驗腔內(nèi)，并在巖體相似材料內(nèi)部預(yù)設(shè)巖溶溶腔；

（3）沿隧道開挖方向在巖體相似材料內(nèi)部依次設(shè)置第一橫向監(jiān)測斷面和第二橫向監(jiān)測斷面，第一橫向監(jiān)測斷面和第二橫向監(jiān)測斷面與隧道垂直，所述巖溶溶腔設(shè)于第一橫向監(jiān)測斷面和第二橫向監(jiān)測斷面之間，選取具有代表性的位置布設(shè)監(jiān)測點；

（4）待模型裝填完畢后，采用電子萬能試驗機對試驗腔內(nèi)的巖體相似材料施加豎向荷載至設(shè)定值；