[發明專利]一種路基空洞模型的模擬裝置

在審

• 申請號: 201910323386.2
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109920318A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 郭力群;王怡婕;蔡瑩穎;陳星欣;陳泓;陳偉達
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00;G01B11/16;G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;林燕玲

一種路基空洞模型的模擬裝置，包括模型箱、路面加載機構、給水壓力機構、土體凍結機構、PIV機構和含水量檢測機構等；該模型箱頂面開口，內部填充有待觀測土體和有機玻璃管，該有機玻璃管上開設有破損口；該路面加載機構設有荷載板，該載荷板位于模型箱頂面以對待測土體施壓；該給水壓力機構與有機玻璃管連接以提供可控的穩壓水；該土體凍結機構設有液氮傳輸管以提供氮氣，該液氮傳輸管貼合于有機玻璃管外側，其管口與破損口齊平；該PIV機構用于采集控制點處土體的位移和坐標圖像；該含水量檢測機構設有若干傳感器，分別設置于有機玻璃管周圍。本發明能滿足對不同水壓、不同地面荷載的情況下空洞發展規律及周邊土體變形和強度的研究需求。

技術領域

本發明涉及路基空洞模型領域，特別是一種路基空洞模型的模擬裝置。

背景技術

近年來，路面不均勻沉降及路面塌陷的嚴重事故在全國各地頻頻發生，危害著人們的生命及財產安全。經過調查分析發現此類事故的主要原因是由于地下給水管道破損，有壓水滲漏造成的路基空洞。此類事故常有報道，然而相關研究卻寥寥無幾，尚無完整嚴謹的模型裝置用于測量由給水管道的破損引起的路基空洞的大小、空洞附近土體強度大小、空洞形成過程中的土體遷移特性。因此，研究給水管道的破損引起的路基空洞模型裝置及方法對地下隱伏土洞的防治，道路與建構筑物不均勻沉降的預防與處理具有重大意義。

然而，現有的測量路基空洞模型裝置與方法大多忽略了土洞發展過程中，管道破損處周邊土的位移和強度。其次無法對土洞的形狀進行量測，特別是砂性土這類無黏聚性的土。

為研究實際條件下，在壓力場和滲流場的耦合作用下的地下土體空洞形成機理，常規的測量土體空洞模型已不能滿足要求。因此研制一種可提多種供水壓力系統和能模擬真實路面荷載情況的給水管道破損引發的路基空洞模型裝置具有重要意義。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提出一種模擬有壓給水管道滲漏和路面荷載耦合作用下的路基空洞模型裝置，以便觀測土洞發展過程中，管道破損處周邊土體的位移和強度以及對土洞形狀，特別是砂性土一類無黏聚性土體的土洞形狀，滿足對不同水壓、不同地面荷載的情況下空洞發展規律及周邊土體變形和強度的研究需求。

本發明采用如下技術方案：

一種路基空洞模型的模擬裝置，其特征在于：包括模型箱、路面加載機構、給水壓力機構、土體凍結機構、PIV機構和含水量檢測機構；該模型箱頂面開口，內部填充有待觀測土體和有機玻璃管，該有機玻璃管上開設有破損口；該路面加載機構設有荷載板，該載荷板位于模型箱頂面以對待測土體施壓；該給水壓力機構與有機玻璃管連接以提供可控的穩壓水；該土體凍結機構設有液氮傳輸管以提供氮氣，該液氮傳輸管貼合于有機玻璃管外側，其管口與破損口齊平；該PIV機構用于采集控制點處土體的位移和坐標圖像；該含水量檢測機構設有若干傳感器，分別設置于有機玻璃管周圍。

所述模型箱相對所述有機玻璃管設有兩管道接口，該管道接口與有機玻璃管和所述給水壓力機構連通。

所述路面加載機構還包括千斤頂和反力架；所述模型箱安置于反力架底部；所述千斤頂安置于反力架頂部且與所述荷載板相連。

所述反力架包括橫梁、底板和兩立柱；所述橫梁安裝有所述千斤頂；所述底板安置有所述模型箱；所述立柱連接于橫梁和底板之間。

所述給水壓力機構包括空氣壓力機、儲液罐和儲液池；該空氣壓力機通過管道與儲液罐連通，該儲液罐通過管道與有機玻璃管一端連通；該儲液池通過管道與有機玻璃管另一端連通。

所述給水壓力機構還包括有若干減壓閥，該減壓閥安裝于管道上。

所述土體凍結機構還設有液氮泵，該液氮泵與所述液氮傳輸管連通；所述液氮傳輸管位于所述有機玻璃管正上方。