[發明專利]隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201810291053.1
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108444885B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 周宗青;劉聰;李術才;李利平;宋曙光;王美霞;高成路;張琦
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：包括試驗臺架、封閉試驗艙、可視化滲透試驗室、地應力加載系統、滲壓加載系統、信息監測與數據采集系統和流量監測與流失顆粒采集系統，其中：

所述試驗臺架承載封閉試驗艙，所述封閉試驗艙為由鋼板拼接成的具有容納空間的密封結構，至少一塊鋼板上嵌設有鋼化玻璃，實現可視化，每塊鋼板中部安裝加載桿與反力梁，向其容納的可視化滲透試驗室施加地應力荷載，每條加載桿與地應力加載系統單獨連接，可實現不同方向獨立加載；

所述可視化滲透試驗室填充現場充填介質或者不同級配砂土體組成試驗試樣，可視化滲透試驗室的四周設置有加載板，其邊界采用鋸齒形結構，可實現四個方向地應力的同時加載；

所述流量監測與流失顆粒采集系統位于可視化滲透試驗室下部，將試驗室內流出的水和細顆粒進行分離與收集；

所述地應力加載系統用于向可視化滲透試驗室施加荷載，模擬充填結構真實賦存的三維地應力狀態，所述滲壓加載系統設置于可視化滲透試驗室上端，向試樣頂部施加滲透壓力，模擬充填結構所受的地下水壓力和滲流作用；

所述信息監測與數據采集系統，采集模擬實驗過程中試樣所受的地應力、滲透壓力、體積變形以及位移變化數據通過傳感器進行監測采集，實現隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩突水全過程檢測與信息采集；

所述滲壓加載系統包括加載水源，加載水源施加的水樣經加壓水管向試樣頂部施加滲透壓力，試驗過程中加載水源由試樣頂部向試樣內部發生滲流作用，模擬充填結構所受的地下水壓力和滲流作用。

2.如權利要求1所述的隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：所述試驗臺架用于承載封閉試驗艙，具體包括基礎箱體、不銹鋼機架、透明玻璃罩和可滑動軌道，基礎箱體由不銹鋼材料制作而成，兩側設置有開口，下端具有儲物空間，上側設置有所述不銹鋼機架，透明玻璃罩設置在不銹鋼機架上，不銹鋼機架底端設置有可滑動軌道。

3.如權利要求1所述的隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：所述封閉試驗艙由鋼板和鋼化玻璃通過高強螺栓拼接而成，拼接縫隙采用密封件進行密封，封閉試驗艙前側為鋼化玻璃，左右兩側、后側、頂側為鋼板，每塊鋼板中部安裝加載桿與反力梁，向可視化滲透試驗室施加地應力荷載，每條加載桿與地應力加載系統單獨連接，可實現不同方向獨立加載；在頂部鋼板中心部位預留兩個圓孔，用于安裝加壓水管連接滲壓加載系統，向可視化滲透試驗室施加滲透水壓力。

4.如權利要求1所述的隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：所述可視化滲透試驗室為長方體結構，用于填充現場充填介質或者不同級配砂土體組成試驗試樣，試驗室下端固定在可滑動軌道上，試驗室內填筑試樣后直接向右推入封閉試驗艙內部，調整加載桿的對應位置，即可實現試樣的三向地應力加載。

5.如權利要求1所述的隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：所述地應力加載系統向可視化滲透試驗室施加荷載，模擬充填結構真實賦存的三維地應力狀態，所述地應力加載系統由四個液壓千斤頂連接加載桿分別提供加載動力，可實現軸向地應力、側向地應力的同步加載，所述加載桿上安裝有壓力傳感器，實時監測試驗過程中的地應力狀態。

6.如權利要求1所述的隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：所述加壓水管上安裝有微型滲壓計和控制閥，通過控制閥控制加載滲透壓力大小。

7.如權利要求1所述的隧道充填結構滲流、侵蝕與應力耦合失穩試驗裝置，其特征是：所述信息監測與數據采集系統，包括LVDT高精度位移計、微型滲壓計、壓力傳感器以及控制器，LVDT高精度位移計、微型滲壓計和壓力傳感器分別采集試驗過程中試樣所受的體積變形以及位移變化、滲透壓力和地應力數據，采集的數據由數據轉換器傳輸至控制器，實現數據的實時顯示與定量化智能控制。