[發(fā)明專利]一種寒區(qū)短隧道入口降溫測定模型及其測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710892039.2
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107505353A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶祥令;馬金榮;王建州;劉明;李亭
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 濟(jì)南鼎信專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)37245
• 代理人: 曹玉琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及室內(nèi)模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種寒區(qū)短隧道入口降溫測定模型及其測試方法。

背景技術(shù)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在地域廣闊，地形多樣的中國，共有一半以上的國土都屬于寒區(qū)，寒區(qū)是指表土層的年凍結(jié)深度大于800mm的地區(qū)，主要包括多年凍土區(qū)和季節(jié)性凍土區(qū)兩種類型，分別占國土面積的20％和55％，而這些地區(qū)中很大一部分是分布在西部和東北地區(qū)。由于寒區(qū)鐵路的修建，大大加速了人們對寒區(qū)工程的認(rèn)識，但這類隧道更容易出現(xiàn)夏季溫度升高時襯砌開裂、剝落、道床冒水及積水等一系列病害。

在隧道設(shè)計(jì)前，需要測量隧道所在寒區(qū)的具體環(huán)境夏季時不同氣流溫度下隧道內(nèi)溫度變化曲線及不同地溫下隧道內(nèi)壁溫升曲線，從而為寒區(qū)隧道凍土條件下修建隧道的溫度機(jī)制行為以及隧道圍巖的凍土熱穩(wěn)定性進(jìn)行測試和研究提供依據(jù)。目前，相關(guān)的寒區(qū)隧道降溫模擬試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，操作繁瑣，雖然能夠?qū)λ淼篮捅亟Y(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，但對于多因素影響下復(fù)雜環(huán)境中的溫度邊界控制不力，針對性差，不能有效再現(xiàn)寒區(qū)隧道的真實(shí)具體環(huán)境，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，提供了一種專門針對寒區(qū)短隧道入口環(huán)境下的寒區(qū)短隧道入口降溫測定模型及其測試方法，它不僅可以模擬寒區(qū)短跨度隧道入口的具體環(huán)境，針對性強(qiáng)，而且能夠進(jìn)行不同氣流速度、不同初始溫度下的隧道降溫測試，裝置安裝簡便、測試精度較高。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種寒區(qū)短隧道入口降溫測定模型，包括模型箱體、隧道模型、模擬氣流系統(tǒng)、測量傳感系統(tǒng)及模擬隧道掘進(jìn)系統(tǒng)，所述模型箱體內(nèi)設(shè)置隧道模型，所述隧道模型包括隧道壁，所述隧道壁的端部與模型箱體側(cè)壁固定連接，所述模型箱體側(cè)壁與隧道內(nèi)壁之間形成隧道，所述測量傳感系統(tǒng)包括第一溫度傳感器、顯示器和供電電源，所述第一溫度傳感器為多個，多個所述第一溫度傳感器沿隧道壁橫斷面分布，所述第一溫度傳感器位于隧道入口位置處，所述模擬隧道掘進(jìn)系統(tǒng)包括絕熱板，所述絕熱板與隧道壁內(nèi)壁相適應(yīng)，所述絕熱板上設(shè)置傳力桿，所述模型箱體側(cè)壁上設(shè)置通孔，所述傳力桿一端穿過通孔位于模型箱體外部，所述絕熱板通過傳力桿與模型箱體側(cè)壁滑動，所述模型箱體側(cè)壁上設(shè)置隧道模型導(dǎo)氣管，所述隧道模型導(dǎo)氣管一端與模擬氣流系統(tǒng)相連接，所述模型箱體內(nèi)填充巖土材料，所述巖土材料圍繞在隧道壁外壁上。

本測定模型還包括地溫模擬系統(tǒng)，所述地溫模擬系統(tǒng)位于模型箱體底壁位置處，所述底板內(nèi)部設(shè)置空腔，所述底板側(cè)面設(shè)置地溫冷浴入口和地溫冷浴出口，所述地溫冷浴入口和地溫冷浴出口均與空腔相通。

所述隧道模型入口設(shè)置導(dǎo)氣流口，所述導(dǎo)氣流口為外大內(nèi)小的異形口，呈喇叭狀，所述第一溫度傳感器位于導(dǎo)氣流口與隧道常規(guī)入口的連接位置處。

所述模擬氣流系統(tǒng)包括氣泵，所述氣泵一側(cè)設(shè)置第一氣泵導(dǎo)氣管，所述第一氣泵導(dǎo)氣管一側(cè)設(shè)置降溫裝置，所述降溫裝置一側(cè)設(shè)置第二氣泵導(dǎo)氣管，所述第二氣泵導(dǎo)氣管與隧道模型導(dǎo)氣管相連接。

所述第一傳感器沿橫向與縱向設(shè)置若干第二溫度傳感器。

所述傳力桿為螺紋桿，所述傳力桿與絕熱板之間螺紋連接。

所述絕熱板為表面包裹絕熱錫紙的聚氨酯復(fù)合板。

所述模型箱體為透明模型箱體。

所述第一氣泵導(dǎo)氣管上設(shè)置氣泵壓力表，所述第二氣泵導(dǎo)氣管道上設(shè)置閥門。

一種寒區(qū)短隧道入口降溫測定模型的測試方法，包括以下步驟：

1)、模擬試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟：首先明確測試需要模擬的參數(shù)或因素，將所述的隧道模型置于模型箱制定位置，然后調(diào)整所述的隧道模擬掘進(jìn)系統(tǒng)絕熱板至預(yù)設(shè)位置按照相似模擬試驗(yàn)進(jìn)行尺寸進(jìn)行并向所述模型箱內(nèi)分層覆蓋巖土材料，巖土材料采用寒區(qū)所在地土壤、山地中的材料，并將隧道模型導(dǎo)氣管與模擬氣流系統(tǒng)相連接，將其他隧道模型導(dǎo)氣管密封；

2)、模擬不同溫度氣流的降溫效果步驟：固定隧道掘進(jìn)系統(tǒng)絕熱板位置；然后使模擬氣流系統(tǒng)制造氣體到恒流狀態(tài)，同時開啟溫度傳感器獲得初始溫度，然后對氣流進(jìn)行和氣流溫度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至試驗(yàn)需要的恒定溫度；

3)、測定參數(shù)步驟：開啟全部隧道模型導(dǎo)氣管，獲得不同時間段隧道內(nèi)溫度場及橫斷面溫度場；調(diào)節(jié)模擬氣流系統(tǒng)至不同溫度重復(fù)測定參數(shù)采集步驟；

4)、后續(xù)模擬結(jié)果處理步驟：依次將獲得不同初始?xì)饬鳒囟群筒煌瑫r間下模擬隧道橫斷面溫度場進(jìn)行繪圖，將上述關(guān)系繪制成不同溫度氣流-隧道降溫關(guān)系曲線圖。

對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：