[發明專利]一種模擬隧道開挖的透明土模型試驗裝置和試驗方法

在審

• 申請號: 201811513443.5
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109490081A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 雷華陽;劉敏;翟塞北;劉英男;屠慈科
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種模擬隧道開挖的透明土模型試驗裝置，包括用以容納透明土的透明模型箱、一端穿入透明模型箱的硬質管道、橡膠膜、激光發射器、相機、光學平臺、直線導軌、壓力控制器和計算機，其中，

所述的硬質管道伸入透明模型箱的一端的端部覆蓋有橡膠膜，另一端和壓力控制器連接；

所述的光學平臺水平放置，在其上固定有兩組相互垂直的直線導軌，透明模型箱放置于直線導軌上，兩組導軌包括上部導軌和下部導軌，下部導軌較長，固定在平臺上，其側面標有刻度，上部導軌垂直于下部導軌并能夠沿下部導軌移動；

所述的激光發射器固定于透明模型箱的上方，激光發射器前端固定有十字線發生器，用以產生相互垂直的激光束，照射到透明土中形成激光斑圖；

所述的相機至少有兩臺，分別固定于透明模型箱相鄰兩側，軸線分別垂直于模型箱側面，其采集的圖像被送入計算機；

所述的壓力控制器，用于施加和控制硬質管道內側水壓；

所述的計算機，用以控制相機采集圖像，并進行圖像處理。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的硬質管道為PVC薄壁圓管。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的橡膠膜為保持松散狀態的橡膠膜。

4.采用權利要求1所述的裝置實現的透明土模型試驗方法，包括下列步驟：

(1)在透明模型箱內配置透明土，達到設計高度后，密封透明模型箱；

(2)水平放置光學平臺，將透明模型箱放置于直線導軌上；

(3)布置、調試激光發射器和相機，使其軸線分別垂直于對應的透明模型箱側壁；

(4)打開閥門向硬質管道內注水，調節壓力控制器到設計壓力后，控制壓力保持不變；

(5)逐級減壓，模擬隧道開挖過程，待減壓穩定后，激光發射器照射透明土，形成穩定斑圖后，通過相機拍攝連續斑圖；

(6)控制透明模型箱在直線導軌上移動一定距離，繼續拍攝，如此，形成平行于該激光照射平面的空間變形斑圖；

(7)處理相互平行的斑圖，得到激光斑圖的空間位移矢量圖，通過計算，得到空間應變圖。