[發明專利]一種測量軟硬復合地層掌子面穩定性的實驗方法與裝置

在審

• 申請號: 202010468618.6
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111720167A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 王松;孟昭暉;郭水;李柏青;楊建輝;王建;郭奇峰;許凱;張斌;王超;王森;孟興業;高政;高飛;謝偉東
• 申請（專利權）人: 北京市政建設集團有限責任公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00;G09B25/04
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 李硯明

本發明涉及一種測量軟硬復合地層掌子面穩定性的實驗裝置及方法，其中，透明觀察板(2)與有凹槽的的模型框體(1)形成模型箱體；模型框體(1)上設有與半隧道形門(3)配合的半隧道形開口；抽拉槽(4)能通過半隧道形開口插入模型箱體中。實驗時，將配置好的軟硬土試樣加入模型箱體內；打開半隧道形門開挖形成土槽；將抽拉槽(4)從半隧道形門(3)進入伸入土槽，在土體穩定后記錄土體掌子面休止角；如此直至硬土層在掌子面不同位置的軟硬土試樣遍歷完，根據得到的最小掌子面休止角確定出地層最為穩定時較硬土層位于掌子面的位置。本發明能很好地模擬軟硬復合地層條件下隧道開挖過程，可確定在已知確定的地層條件下掌子面穩定程度。

技術領域

本發明涉及隧道工程技術領域，特別是涉及一種測量軟硬復合地層掌子面穩定性的實驗方法與裝置，屬于模型試驗。

背景技術

城市的快速發展，推動地下空間大開發，而地層條件錯綜復雜，在地質勘探中往往不能得到充分體現，不充分考慮地層條件將給施工帶來不小的麻煩，造成工程進度緩慢、施工難度大。隧道位置設計往往考慮很多因素，拋開其他因素不談，選擇一個良好的地質條件能夠降低施工難度，加快建設步伐，所以在選線過程中，地質條件至關重要。

隧道開挖對圍巖的擾動是三維的，隧道掌子面的位移變形也十分重要，隨著國內隧道工程機械化水平不斷提高，掌子面開挖方法人們也逐漸傾向于由多臺階分部開挖變為全斷面開挖，這就對掌子面穩定性提出了更高的要求。

地下土層存在相對軟弱土層及硬土層，常見的多為上軟下硬，此時掌子面位置多由線路、車站、既有建構筑物等其他因素控制，當地質情況存在軟弱土層中間夾雜較硬土層時，較硬土層可增強掌子面穩定性，而較硬土層位于掌子面哪個位置時掌子面最為穩定，這一位置值得探討，并需要通過實驗進行驗證。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的技術問題，提供一種測量軟硬復合地層掌子面穩定性的實驗方法與裝置，其能夠很好地模擬軟硬復合地層條件下隧道開挖過程，確定在已知確定的地層條件下掌子面穩定程度，為設計、施工人員提供實驗依據，選擇合適的位置布置掌子面。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

本發明提供一種測量軟硬復合地層掌子面穩定性的實驗裝置，其包括：

模型框體、透明觀察板、半隧道形門和抽拉槽；

所述模型框體包括底板，分別與底板三個邊固定且豎向連接的第一側板、第二側板和后板；底板、第一側板和第二側板分別在各自前端設有對應的凹槽；

所述透明觀察板的兩側分別鑲嵌在第一側板和第二側板的凹槽里，底部鑲嵌在底板的預制凹槽里，形成模型箱體；

所述模型框體的第一側板和/或第二側板緊貼凹槽部分設有與所述半隧道形門配合的半隧道形開口；所述半隧道形門能夠從所述半隧道形開口插入模型箱體；

所述抽拉槽為半隧道形弧形結構體，所述抽拉槽能通過所述半隧道形開口插入所述模型箱體中。

更優選地，所述透明觀察板上標有固定間距的網格線。

更優選地，所述抽拉槽包括嵌套在一起的半隧道形弧形結構內體和半隧道形弧形結構外體。

更優選地，所述抽拉槽包括半隧道形弧形結構外體。

本發明還提供一種測量軟硬復合地層掌子面穩定性的實驗方法，其包括：

步驟S101，將透明觀察板插入模型框體的凹槽內并使其固定，關閉半隧道形門，形成模型箱體；

步驟S102，按照硬土層在掌子面的位置要求，將配置好的軟硬土試樣加入模型箱體內；每加入一層軟硬土試樣土體，則將其壓實并且找平；

步驟S103，在最后一份土體壓實并且找平后，靜置讓土體內部應力自動平衡；