[實用新型]一種模擬隧道開挖面失穩的透明土試驗裝置

有效

• 申請號: 201821358514.4
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN208860673U
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 雷華陽;翟塞北;劉敏;胡垚;劉英男
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;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

本實用新型涉及一種模擬隧道開挖面失穩的透明土試驗裝置，包括用于容納透明土的透明模型箱和用來模擬施工中隧道的管道，管道一端伸入模型箱內，一端伸出模型箱外，其特征在于，在管道的伸入模型箱內的一側通過橡膠膜保持密閉且松弛；管道上配置壓力表，并通過設置有止氣閥的軟管與空氣壓縮機相連；在模型箱的上方固定有用來生成橫向和縱向的激光切面的十字激光器；在模型箱周邊固定有相機，相機拍攝的圖像被送入計算機。本實用新型可以用來動態模擬開挖面失穩破壞的發生過程，研究影響開挖面穩定性的諸多因素。

技術領域

本實用新型涉及一種模擬隧道開挖面失穩的透明土試驗裝置，適用于研究盾構開挖面失穩過程中土體變形破壞的時空演化規律。

背景技術

盾構機問世至今已有190多年的歷史，其始于英國，發展于日本、德國。由于盾構法開挖引起地表沉降小，掘進速度快，隧道成型質量較好，機械化程度高，造價低，具有很高的技術經濟優越性，如今已成為地下隧道工程建設中最常用的方法。由于盾構開挖是一個三維推進的動態過程，在盾構機的掘進過程中，隧道環向土體位移可以通過及時施加管片襯砌加以控制，但在隧道的掘進方向，無論采用哪種施工方法，保證開挖面穩定而施加的支護力的控制都難以做到完全等效于原始地應力，開挖面支護力的增大或減小，都會引起周圍土體發生相應的位移乃至發生重大事故，因此對于開挖面穩定性的研究不可或缺。

模型試驗因為便于控制試驗參數和較好的經濟性，在隧道開挖面穩定性的研究中得到了廣泛應用。現有隧道開挖面穩定性模型試驗根據相似比確定模型箱的設計尺寸和模型土，通過開挖面位移的方式模擬開挖面的失穩過程，在土體表層設置位移計觀測土體表面的土體變形規律，在土體內部埋設土壓力盒觀測失穩過程中的土體壓力變化規律，由此得到開挖面失穩破壞的變化規律。

雖然現有模型試驗裝置能夠得出開挖面失穩前和失穩后土體表的變化情況，但是仍然存在比較嚴重的缺點：

(1)與實際工況不符：影響開挖面穩定性的主要因素是支護力的大小，支護力不足導致開挖面失穩。而現有模型試驗采用開挖面位移模擬盾構開挖面失穩破壞的過程，試驗過程主要影響因素是位移的大小而不是支護力的改變，因而常規試驗并不完全符合實際工況，也無法得到支護力這一主要影響因素與土體內部變形的關系。

(2)測量局限性較大：只能觀測到開挖面失穩過程中土體表面沉降的變化規律，無法觀測土體內部的變形規律。

(3)試驗數據失真：采用探入式測量工具進行測量，會改變試驗土體的性質已經發生改變，試驗結果存在各種不確定性。

近些年來，隨著透明土模型的發展和數字圖像處理技術在巖土工程中的應用，使得對土體內部細觀變形的研究成為可能，應用透明土作為模型試驗土層，結合數字圖像處理技術、激光散斑技術，通過模擬開挖面支護力變化過程對盾構施工過程中幵挖面周圍土體變形破壞進行觀測，得到開挖面失穩破壞全過程土體變形破壞的時空演化規律。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種基于透明土的模擬隧道開挖面失穩的試驗裝置，可以動態模擬開挖面失穩破壞的發生過程，研究影響開挖面穩定性的諸多因素，為盾構法施工提供理論指導。技術方案如下：

一種模擬隧道開挖面失穩的透明土試驗裝置，包括用于容納透明土的透明模型箱和用來模擬施工中隧道的管道，管道一端伸入模型箱內，一端伸出模型箱外，其特征在于，在管道的伸入模型箱內的一側通過橡膠膜保持密閉且松弛；管道上配置壓力表，并通過設置有止氣閥的軟管與空氣壓縮機相連；在模型箱的上方固定有用來生成橫向和縱向的激光切面的十字激光器；在模型箱周邊固定有相機，相機拍攝的圖像被送入計算機。

優選地，所述的管道為PVC管。所述的相機有兩個，一個位于模型箱的上方，另一個位于模型箱的側面。

本實用新型具有顯著的科研價值和實用價值，可為施工和科研單位進行盾構開挖面失穩破壞規律研究開辟新的途徑。與現有的盾構隧道開挖面穩定性試驗裝置相比，本實用新型具有以下幾個方面的優點：