[發明專利]一種模擬隧道開挖變形的透明土模型試驗裝置和試驗方法

有效

• 申請號: 201710929516.8
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107621524B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 仉文崗;周東;向鈺周
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

1.一種模擬隧道開挖變形的透明土模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)按設計尺寸制作透明模型箱(1)、薄壁橡膠圓筒(3)和排水管(4),其中，所述透明模型箱(1)為透明材料制成的中空長方體，其上端敞口，其四個側面分別被定義為前、后、左、右側面；所述透明模型箱(1)下端擱置在光學平臺(7)上；所述透明模型箱(1)的前、后側面上分別具有圓形開孔I(101)和圓形開孔II(102)；圓形開孔I(101)和圓形開孔II(102)所在的前、后兩側面板采用螺栓連接在左、右兩側面板和底板上；這兩側面板可以拆卸；圓形開孔I(101)、圓形開孔II(102)和橡膠薄壁圓管(3)模擬隧道孔；模擬的隧道孔的位置，即圓形開孔I(101)和圓形開孔II(102)的位置可以按照不同工況進行設計，以便滿足試驗要求；

所述橡膠薄壁圓管(3)為充水的橡膠管；所述橡膠薄壁圓管(3)的兩端分別嵌入圓形開孔I(101)和圓形開孔II(102)；

所述橡膠薄壁圓管(3)靠近透明模型箱(1)前側面的端面具有用于連接排水管(4)的圓形開孔(301)；所述排水管(4)帶有閥門(401)；

所述透明模型箱(1)內部的空間可用于填充透明土(2)；

2)將薄壁橡膠圓筒(3)內注滿水，倒立放置使開孔(301)所在面朝上；

3)將薄壁橡膠圓筒(3)與排水管(4)連接，并對連接處做防水密封處理；

4)將薄壁橡膠圓筒(3)穿過透明模型箱(1)的開孔(101)，放置在箱體內，并對接口做防水密封處理；

5)在透明模型箱(1)內配制透明土(2)至設計高度；配制完成后靜置24小時；所述透明土(2)的配制方法為：在透明模型箱(1)中倒入配制好的白油和正十二烷的混合液；之后撒布粒徑為0.1～0.5mm的熔融石英砂固體顆粒；熔融石英砂顆粒分層撒布，每層厚度為30mm，撒布過程要緩慢，撒布一層后對透明土進行攪拌將混入其中的氣泡引出，防止氣泡影響透明土的折射率，直至透明土液面距離透明模型箱(1)上沿30mm；

6)布置并調整工業相機(5)和激光發射器(6)；所述激光發射器I(6)和激光發射器II(60)的支撐架安裝在光學平臺(7)上，其高度和水平位置可調；所述激光發射器I(6)和激光發射器II(60)向透明模型箱(1)的后側面和右側面發射激光；

所述工業相機I(5)和工業相機II(50)的支撐架安裝在光學平臺(7)上，其高度和水平位置可調；所述工業相機I(5)和工業相機II(50)分別拍攝透明模型箱(1)的頂面和左側面；

7)控制排水管(4)上的閥門(401)，將薄壁橡膠圓管(3)中的水分次排出；每次薄壁橡膠圓管(3)中的水排出后，待透明土(2)中散斑場穩定，使用工業相機(5)進行拍攝；調整激光發射器(6)的水平位置和高度，以獲取在第i次排水后不同位置處的透明土切面圖像；直至薄壁橡膠圓管(3)中的水全部排出；

8)保存圖片，關閉激光發射器(6)，整理試驗器材；

9)使用PIV技術處理試驗圖像，得到透明土(2)各切面的位移矢量圖。

2.根據權利要求1所述的一種模擬隧道開挖變形的透明土模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于：在步驟1)之后，還具有擦洗透明模型箱(1)側壁的相關步驟。

3.根據權利要求1所述的一種模擬隧道開挖變形的透明土模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于：螺栓連接處面板接縫之間粘貼止水條，以防止透明土(2)內液體滲出。

4.根據權利要求1或3所述的一種模擬隧道開挖變形的透明土模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于：所述薄壁橡膠圓筒(3)外徑、圓形開孔I(101)的直徑和圓形開孔II(102)的直徑相同；

所述薄壁橡膠圓筒(3)長度與透明模型箱(1)前、后面板外壁之間的長度相同。