[實(shí)用新型]一種模擬波浪荷載作用下海底隧道動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720097323.6
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN206618557U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)宏偉;朱成偉;沈華偉;許鼎業(yè);梁文鵬;王霄;章麗莎;王小剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G09B25/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 劉靜,邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種海底隧道工程中孔隙水壓力、隧道應(yīng)變和隧道涌水量測(cè)量的試驗(yàn)裝置，特別是涉及波浪要素變化的海底隧道周圍海床土壓力以及孔隙水壓力響應(yīng)的模型試驗(yàn)裝置，可用于量測(cè)不同隧道埋置深度、隧道開挖半徑、襯砌厚度等情況下海底隧道周圍海床孔隙水壓力值。

背景技術(shù)

隨著沿海城市發(fā)展，城市內(nèi)以及不同城市間的聯(lián)系越來越頻繁，原有的陸路交通已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足社會(huì)需求。相對(duì)于跨海大橋，海底隧道的建設(shè)對(duì)于航運(yùn)、海洋環(huán)境等方面的影響小很多，而且不受天氣條件的影響。在我國(guó)已經(jīng)建成通車的海底隧道有位于廈門的翔安海底隧道，位于青島的膠州灣海底隧道，以及正處在建設(shè)當(dāng)中的港珠澳大橋海底隧道段。在可預(yù)見的未來內(nèi)還包括瓊州海峽海底隧道，渤海灣海底隧道，甚至中國(guó)臺(tái)灣海峽海底隧道。隨著越來越多的海底隧道工程投入建設(shè),相關(guān)的研究工作受到了科研人員的高度重視。與陸地水下隧道相比，海底盾構(gòu)隧道位于復(fù)雜的海洋環(huán)境中，其水深可從幾米到上百米之間變化，而且經(jīng)受長(zhǎng)期循環(huán)的小波浪或短期強(qiáng)風(fēng)暴潮等動(dòng)水作用，已有研究認(rèn)為，波浪、潮波循環(huán)作用下海床土體的主應(yīng)力軸發(fā)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并可能伴隨孔隙水壓力累積現(xiàn)象。對(duì)于高水壓條件下的隧道工程，作用于襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水壓力占總壓力的很大部分，是影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力與穩(wěn)定的主要因素。海底隧道在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中，更需經(jīng)受高水頭、長(zhǎng)期小波浪或短期強(qiáng)風(fēng)暴潮等循環(huán)作用，實(shí)際工程中為釋放高水壓力，通常允許海底隧道具有一定的涌水量，在涌水滲透力的作用下又將改變海底隧道周邊土體的應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)，故強(qiáng)透水地層中的海底隧道周圍的滲流場(chǎng)和土體應(yīng)力場(chǎng)極為復(fù)雜。但是我國(guó)現(xiàn)有的臨海工程設(shè)計(jì)中,為設(shè)計(jì)方便，僅考慮了波浪直接傳遞給海床及建(構(gòu))筑物的荷載,而未考慮波浪作用下海床內(nèi)的孔隙水壓力對(duì)工程受力和變形的影響。這使得海底隧道設(shè)計(jì)與實(shí)際情況相比可能趨于保守而使得項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用高昂，也可能因?yàn)楹雎粤丝讐豪鄯e的作用而使得工程存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有海底隧道設(shè)計(jì)上的不足，本實(shí)用新型提供了可以模擬波浪荷載作用下海底隧道動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了在不同波浪要素作用下，通過控制不同隧道埋置深度、不同開挖半徑、不同襯砌厚度，研究海底隧道周圍海床孔隙水壓力響應(yīng)規(guī)律。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種模擬波浪荷載作用下海底隧道動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置，該裝置置于波浪槽中進(jìn)行試驗(yàn)，該裝置包括模型箱、隧道及其支撐系統(tǒng)、量測(cè)系統(tǒng)三個(gè)部分；所述模型箱由模型箱底板、四條角鋼、模型箱左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板、鋼化玻璃、模型箱背面板、模型箱右側(cè)板和有機(jī)玻璃板組成；所述模型箱底板和四條角鋼焊接形成模型箱框架；所述模型箱右側(cè)板和模型箱背面板均由鐵板制成并焊接到模型箱框架上；所述模型箱右側(cè)板底部開有出水口，用以加快土體固結(jié)；所述模型箱背面板中間位置有矩形開口，用于放置有機(jī)玻璃板；所述有機(jī)玻璃板中央開有圓形孔洞，孔洞半徑和隧道外半徑一致，用于安放隧道；所述鋼化玻璃位于模型箱正面，并和模型箱框架通過結(jié)構(gòu)膠粘接；所述模型箱左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板由鐵板制成，通過位于模型箱左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板右側(cè)的轉(zhuǎn)子A和位于模型箱框架的角鋼上的轉(zhuǎn)子B連接，從而達(dá)到可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，通過位于模型箱左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板左側(cè)的插銷A和位于模型箱框架的角鋼上的插銷B以及插條固定；所述隧道由石膏、硅藻土以及水澆筑養(yǎng)護(hù)而成，安放在支撐系統(tǒng)上；所述支撐系統(tǒng)由支撐叉子、支撐管以及支撐底座組成；所述量測(cè)系統(tǒng)包括第一孔壓傳感裝置、兩個(gè)第二孔壓傳感裝置、應(yīng)變片、涌水量箱和浪高儀；所述第一孔壓傳感裝置由第一傳感器固定支架和固定在第一傳感器固定支架上的第一孔壓傳感器組成；所述第二孔壓傳感裝置由第二傳感器固定支架和固定在第二傳感器固定支架上的第二孔壓傳感器組成；所述第一孔壓傳感裝置位于模型箱中央的隧道下方，兩個(gè)第二孔壓傳感裝置分別位于模型箱內(nèi)的隧道兩側(cè)；所述應(yīng)變片兩兩一組，共四組，每組的兩個(gè)應(yīng)變片呈T字形排布，四組沿隧道外表面環(huán)向等間距排布，用于測(cè)量隧道應(yīng)變；所述涌水量箱由涌水量箱主體、第三孔壓傳感器和連接口組成；所述涌水量箱主體由五塊塑料板構(gòu)成，利用玻璃膠粘貼在模型箱背面板上；所述涌水量箱底部開有連接口，用于連接水管，底部放置第三孔壓傳感器，用于測(cè)量水位高度；所述浪高儀懸掛在模型箱上方的水域內(nèi)，用于量測(cè)波浪高度。

進(jìn)一步地，所述第一傳感器固定支架和第二傳感器固定支架由圓柱形細(xì)長(zhǎng)鐵桿點(diǎn)焊于正方形薄鐵板中央，所述第一傳感器固定支架和第二傳感器固定支架上車有用于安裝孔壓傳感器的凹槽。