[發明專利]測量重疊隧道土拱效應的活動門裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 202010193579.3
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111366706A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 封坤;有智慧;蒲東均;李坤哲;陳健;張冀;徐凱;楊仁杰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;廣州地鐵設計研究院股份有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/08;G01L5/00;G01B11/24;G01B11/16
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;徐麗娜

本發明提供一種測量重疊隧道土拱效應的活動門裝置及試驗方法，活動門裝置包括箱體、活動門、隧道模型和三維掃描儀，其中，所述活動門水平設置在所述箱體內，所述活動門上設置有若干土壓力盒，所述活動門的上表面和所述箱體圍成的空間用于容納土體，所述隧道模型設置在所述土體內；所述活動門能夠移動；所述活動門的移動能夠使所述土體塌落，所述土壓力盒能夠測量所述土體豎向的土壓力；所述三維掃描儀設置在所述箱體內并位于所述活動門的下面，所述三維掃描儀能夠測量所述土體形成土拱效應的拱軸線。利用該活動門裝置及試驗方法能夠實現對重疊隧道的不同寬度的空間所產生的土拱效應進行試驗。

技術領域

本發明涉及土木工程巖土工程試驗裝置領域，特別涉及一種測量重疊隧道土拱效應的活動門裝置及試驗方法。

背景技術

支護結構引起的“土拱效應”是地下工程中最關鍵的問題，其廣泛存在于地下工程中，如隧道開挖、基坑支護等工程。其實質是一種應力轉移的現象。這種應力的轉移是由于土體受到外力發生不均勻變形而實現的。

在隧道工程中，隧道荷載主要來源于圍巖的作用，在荷載或自重的作用下，土體發生壓縮和變形，從而產生不均勻沉降，致使土顆粒間產生互相“楔緊”的作用，于是在一定范圍土層中產生“土拱效應”。由于土拱效應的存在，使得圍護結構后的主動土壓力產生重分布。充分研究“土拱效應”的作用機理、充分利用其應力重分布的特點成為了主要的研究方向。

早在1884年，英國科學家Roberts首次發現了“糧倉效應”：糧倉底面所承受的力在糧食堆積到一定程度后達到最大值并保持不變，這就是通常所說的土拱效應。1895年，德國工程師Janssen用連續介質模型對其進行了定量解釋。1943年，太沙基通過著名的“活動門”試驗證實了土力學領域土拱效應的存在，并在對土拱的應力分布進行描述的基礎上，得出了土拱效應存在的條件。但太沙基的“活動門”實驗只能研究固定寬度的“土拱效應”，并不能在一個裝置上研究多個寬度的“土拱效應”。

在有關“土拱效應”的試驗研究中，專利號為CN 102680390 A的發明專利公開了一種用于模擬隧道開挖引起土拱效應的試驗裝置。該裝置在原有的太沙基試驗基礎上，增設了可拆除板的設計，使得可以在一定程度上改變寬度進行試驗。但這種寬度的變化是固定的，只能是拆除板寬度的整數倍，不能實現寬度的無級調節。

在現有的活動門試驗裝置中，都是觀測平面狀態下的“土拱效應”，研究的是平面應變問題。而“土拱效應”在整個土體中都是存在的，是一種空間效應，僅僅將它當作平面應變問題考慮是不全面的。另外，由于現在重疊隧道數目逐漸增加，研究重疊隧道情況下的空間“土拱效應”成為了研究的一大熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測量重疊隧道土拱效應的活動門裝置及試驗方法。利用該活動門裝置及試驗方法能夠實現對重疊隧道的不同寬度的空間所產生的土拱效應進行試驗。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種測量重疊隧道土拱效應的活動門裝置，包括箱體、活動門、隧道模型和三維掃描儀，其中，所述活動門水平設置在所述箱體內，所述活動門上設置有若干土壓力盒，所述活動門的上表面和所述箱體圍成的空間用于容納土體，所述隧道模型設置在所述土體內；所述活動門能夠移動；所述活動門的移動能夠使所述土體塌落，所述土壓力盒能夠測量所述土體豎向的土壓力；所述三維掃描儀設置在所述箱體內并位于所述活動門的下面，所述三維掃描儀能夠測量所述土體形成土拱效應的拱軸線。

進一步地，在上述的活動門裝置中，所述箱體包括有前板、后板、左板和右板，所述前板、所述左板、所述后板和所述右板依次連接形成上下開口的立方體結構；優選地，所述活動門包括有兩塊隔板，兩塊所述隔板并排置于所述箱體內，兩塊所述隔板均能夠移動；優選地，每塊所述隔板的上表面設置有21個所述土壓力盒。