[發明專利]一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型及試驗方法

有效

• 申請號: 201910502053.6
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110275008B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 黃昕;姚劍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

1.一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型，其特征在于，該模型包括隧道分段開挖模擬裝置、可控式降雨模擬裝置及試塊全表面位移場觀測裝置，所述的隧道分段開挖模擬裝置包括土體(18)、設置于土體(18)中的蠟塊(1)以及與蠟塊(1)相適配的長桿挖掘機構；

所述的蠟塊(1)包括多個沿開挖方向依次設置的蠟塊層，所述的蠟塊層的厚度為模擬分段開挖每一步的進尺深度，所述的蠟塊(1)的外形及軸向總厚度與模擬隧道外輪廓及隧道長度相一致；

所述的長桿挖掘機構包括長桿電烙鐵及長桿耙子(13)，所述的長桿電烙鐵包括長桿(10)及設置于長桿(10)一端的電烙鐵(11)。

2.根據權利要求1所述的一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型，其特征在于，所述的可控式降雨模擬裝置包括設置于土體(18)外部的噴淋支架及設置于噴淋支架上的噴淋機構，所述的噴淋機構包括位于土體(18)上方的噴頭(2)以及設置于噴頭(2)與外部水源之間的輸水管路。

3.根據權利要求2所述的一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型，其特征在于，所述的輸水管路包括與外部水源連接的主水管(19)、分水部件(5)及多個分支水管(4)，所述的主水管(19)通過分水部件(5)分別與多個分支水管(4)連接，所述的分支水管(4)與相應噴頭(2)連接。

4.根據權利要求3所述的一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型，其特征在于，所述的噴淋支架包括底座(9)、可拆卸設置于底座(9)上的豎撐(8)及可拆卸設置于豎撐(8)上的橫撐(7)，所述的橫撐(7)上設置有多個卡扣(16)，所述的分支水管(4)與噴頭(2)之間設有噴頭連接件(3)，所述的卡扣(16)與噴頭連接件(3)可拆卸連接。

5.根據權利要求1所述的一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型，其特征在于，所述的試塊全表面位移場觀測裝置包括設置于土體(18)上的多個靶點(12)及設置于土體(18)外并與靶點(12)相適配的相機(14)。

6.根據權利要求5所述的一種可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型，其特征在于，所述的靶點(12)設置于土體(18)的端面并構成正四邊形角點。

7.一種基于如權利要求1至6任一項所述的可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型的試驗方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)制備蠟塊層并修剪排列得到蠟塊(1)；

2)在蠟塊(1)四周填筑土體(18)，并使蠟塊(1)位于土體(18)中部；

3)搭建與土體(18)相適配的試塊全表面位移場觀測裝置及可控式降雨模擬裝置；

4)采用長桿挖掘機構模擬隧道開挖；

5)利用試塊全表面位移場觀測裝置觀測土體(18)位移變化。

8.根據權利要求7所述的一種基于可模擬降雨的非接觸式隧道開挖物理模型的試驗方法，其特征在于，在進行步驟4)之前，啟動并調節可控式降雨模擬裝置。