[發明專利]一種多功能隧道開挖模型試驗的模型箱裝置

在審

• 申請號: 201810197386.8
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108447380A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 杜修力;宋偉濤;李鵬飛;龔秋明;林慶濤;路德春;許成順;李政
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G09B25/04
• 分類號: G09B25/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種多功能隧道開挖模型試驗的模型箱裝置，屬于隧道施工試驗技術領域。模型箱的前后箱壁的面板上設有一塊可更換小面板；可更換小面板上開有洞口。觀察窗位于模型箱左右箱壁的面板上。飽和系統布設在模型箱的底部，由箱角處的豎向供水管、底部橫向引水管和豎向引水管組成。本試驗裝置一側的觀察窗上安裝有清潔窗，試驗結束后，能夠快速地將模型箱內的填土清出；本試驗裝置的萬向輪和定位樁，試驗前可以方便快速地移動模型箱至指定試驗區，然后扳下定位樁固定模型箱的位置，試驗后扳起定位樁，移動模型箱至適當位置；本試驗裝置在箱壁的兩側安裝了測壓管，可以精確地測量出模型箱內土體中的水位。

技術領域

本發明涉及一種試驗模型箱裝置，具體地指是一種多功能隧道開挖模型試驗的模型箱，屬于隧道施工試驗技術領域。

背景技術

隧道施工過程中，由于巖土體的應力釋放，導致隧道圍巖應力發生變化，進而導致地層變形和地表沉降。研究隧道開挖過程中巖土體的位移和應力變化是隧道研究的關鍵問題。基于隧道工作面穩定性的特點，目前對其采用的方法主要有：數值模擬法和模型試驗法。由于巖土體自身復雜的應力應變關系和工程中多變的地層條件，模型試驗通過相似比等效實際工程地層條件，成為研究隧道開挖過程中應力場變化規律和位移變化規律的重要手段。

目前，關于模擬隧道開挖的試驗已經很多，模型箱的功能也越來越完善。模型箱基本的功能是模擬工程現場真實的地層條件，如果模擬含水地層則需要保證有密封性。隨著模型試驗要求的提高，模型箱還需要有能夠移動、能夠觀察到箱內土體的變形大小和液面的高度、能實現土體的飽和等輔助功能。

但是，目前關于隧道開挖的模型箱大都是固定的試驗臺架，不能移動；大都是側面無開口的箱體，不能快速的試驗后出土。另外，大多數模型箱內部沒有飽和系統，不能實現土層的飽和，即使有飽和裝置也不能直觀地觀察水位線。因此，迫切需要發明一種集移動、飽和、觀察、易清掃等功能為一體的多功能模型箱，能滿足試驗的基本要求，并為試驗的進行提供便利。

發明內容

本發明的目的在于設計了一種多功能隧道開挖模型試驗的模型箱裝置，通過該裝置實現易清掃、能移動、觀察、飽和等功能。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種多功能隧道開挖模型試驗的模型箱裝置，該裝置包括模型箱(1)、可更換小面板(2)、洞口(3)、洞口蓋(4)、手把(5)、觀察窗(6)、清潔窗(7)、底部支撐(8)、飽和系統(11)和箱壁測壓管(16)：

模型箱(1)是一個無頂蓋的長方形鋼質箱體，模型箱(1)的前后箱壁的面板上分別設有一塊可更換小面板(2)；可更換小面板(2)上開有洞口(3)。

試驗前洞口(3)由洞口蓋(4)蓋著，洞口蓋(4)的外部設有手把(5)，試驗開始前通過手把(5)將洞口蓋(4)拿下。

觀察窗(6)位于模型箱(1)左右箱壁的面板上，觀察窗(6)嵌在模型箱面板(1)的內表面凹槽中，便于觀察填土過程和隧道開挖試驗過程中地層的豎向位移變化。

清潔窗(7)位于模型箱(1)左右一側箱壁的觀察窗(6)上，清潔窗(7)為一圓形的可開門式窗戶，四周用螺栓連接，清潔窗(7)內側設有有密封條防水。試驗進行完畢，能夠卸下清潔窗(7)四周的螺栓，拉動手把(5)快速地將模型箱(1)內土體卸出。

底部支撐(8)由萬向輪(9)和定位樁(10)組成。萬向輪(9)能夠進行360度旋轉，快速地將模型箱(1)推至試驗區。當到達試驗區后，扳下萬向輪(9)一側的定位樁(10)，將模型箱(1)固定在此位置不再移動。

飽和系統(11)布設在模型箱(1)的底部，由箱角處的豎向供水管(12)、底部橫向引水管(13)和縱向引水管(14)組成。從外部經豎向供水管(12)引水，流入底部橫向引水管(13)，然后流入縱向引水管(14)；每條縱向引水管(14)的底部兩側每隔一定距離都有兩個出水孔(15)。