[發明專利]模擬隧道穿越多組復雜地層的試驗裝置

有效

• 申請號: 201710943336.5
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107957368B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 譚忠盛;李松濤;楊旸;張志恩;王知遠;何利彬;王國靖;李闖
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 11255 北京市商泰律師事務所
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種模擬隧道穿越多組復雜地層的試驗裝置。該裝置包括：旋轉臺、試驗箱體、轉運架和試驗臺，旋轉臺包括水平轉盤和豎直轉盤，旋轉臺承載試驗箱體；根據隧道所穿越的地質巖層，在水平轉盤和豎直轉盤協同配合下，在試驗箱體內完成相似材料巖層的鋪設；轉運架連接旋轉臺與試驗臺，在旋轉臺與試驗臺之間轉運試驗箱體；試驗臺是由計算機控制的多功能試驗系統，該系統能夠對試驗箱體內的相似材料施以不同的外部作用。本發明通過旋轉臺的水平轉盤、豎直轉盤，完成不同產狀相似材料巖層的鋪設，結合試驗臺控制系統，模擬分析隧道穿越含有多組不同產狀、伴生有多相流體的復雜地質體，對于工程施工建設的影響。

技術領域

本發明涉及隧道工程技術領域，尤其涉及一種模擬隧道穿越多組復雜地層的試驗裝置。

背景技術

近年來隨著交通基礎設施建設的不斷深入，隧道工程也迎來了難得的發展機遇和全新的挑戰。隧道建設過程中所遇到的不良地質條件不斷增多，所面臨的風險也日趨嚴重。因此，對于隧道在高地應力、高水壓、高地溫地熱、軟弱、松散、含瓦斯等復雜地質環境下施工中所遇到的問題，能夠做出合理的評價與預測顯得尤為重要。隧道模型試驗以相似理論為基礎，避開理論分析與數值計算、現場試驗的所具有的局限性，能夠全面、直觀、準確的突出矛盾，反映現象內在聯系的一種研究手段。通過隧道模型試驗，提升人們對于隧道在特定環境下的圍巖結構受力、變形、破壞等方面的理解，從而能夠拓寬研究思路、豐富研究成果。

加大對隧道穿越復雜地質條件的研究，具有重要的理論意義和現實意義。特別是在不斷提升我國西南地區經濟和基礎設設施水平的大背景下，隧道工程建設對于該地區的發展至關重要。但是我國西南地區所特有的地形地貌和地質構造特征，使隧道工程面臨的挑戰前所未有。與此同時，現今關于在復雜環境隧道建設方面的研究仍不充分。

目前，現有技術中的室內隧道模型試驗系統的主要缺點有以下幾點：關于隧道穿越復雜地層方面的研究不充分；特別是對于隧道工程同時穿越多組不同產狀的巖層，圍巖在多物理場耦合作用下的應力、變形和空隙壓力特征等方面的研究鮮有報道。因此，對于該類問題的研究，所對應的模型試驗系統的建設亟待解決。

發明內容

本發明的實施例提供了一種模擬隧道穿越多組復雜地層的試驗裝置，以實現分析復雜地質構造下，不同巖性、多組不同產狀的巖層對隧道布設的影響。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種模擬隧道穿越多組復雜地層的試驗裝置，包括：旋轉臺、試驗箱體、轉運架和試驗臺，所述旋轉臺包括水平轉盤和豎直轉盤，所述旋轉臺承載所述試驗箱體，根據隧道所穿越的地質巖層在水平轉盤和豎直轉盤協同配合下在所述試驗箱體中水平方向鋪設相似材料，所述相似材料的傾斜角度根據模擬隧道穿越的地質條件而定，并且通過所述水平轉盤和豎直轉盤來調整；

所述轉運架連接所述旋轉臺與所述試驗臺，在所述旋轉臺與所述試驗臺之間轉運所述試驗箱體；所述試驗臺對所述試驗箱體內的相似材料巖層施加作用，對所述相似材料進行模擬隧道穿越復雜地質體的試驗。

進一步地，所述旋轉臺包括底座、豎直轉盤、水平轉盤、滑軌、推拉桿和鎖腳，所述豎直轉盤、水平轉盤設置在所述底座上，所述滑軌與所述水平轉盤連接，所述推拉桿與所述豎直轉盤、水平轉盤連接，所述鎖腳與所述試驗箱體的固定腳連接，所述旋轉臺的動力通過底座內置齒輪泵與豎直轉盤背面赤軌黏合、并配合伺服控制系統來實現。

進一步地，所述豎直轉盤采用弧形、中空結構，并且所述豎直轉盤的外壁的厚度大于設定的數值。

進一步地，當模擬的隧道軸線方向與巖層方向平行時，按照巖層實際層位關系，將相似材料在所述試驗箱體中分層、水平鋪設。