[發明專利]模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統

有效

• 申請號: 202010624592.X
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111653183B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 毛天橋;李曉;李守定;張召彬;赫建明;李關訪;武艷芳;何鵬飛;鄭博
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G09B25/04
• 分類號: G09B25/04
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

1.一種模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統，其特征在于，該可視化系統包括流固耦合隧道模型系統、隧道模型供液系統、探測系統和開挖系統；

所述隧道模型供液系統設置于所述流固耦合隧道模型系統的上方，用于注射核素溶液以模擬隧道模型所受的流體壓力；

所述探測系統包括CT射線系統、CT探測系統、第一PET探測器和第二PET探測器，所述CT射線系統和所述CT探測系統分別設置于所述流固耦合隧道模型系統的兩側，用于檢測隧道圍巖的三維受力變形狀態；所述第一PET探測器和所述第二PET探測器分別設置于所述流固耦合隧道模型系統的另外兩側，用于檢測隧道模型中核素溶液的三維運移狀態；

所述開挖系統設置于所述CT射線系統與所述流固耦合隧道模型系統之間，用于模擬隧道模型的挖掘；所述開挖系統包括鉆孔裝置、移動裝置、承載裝置和升降裝置；所述移動裝置通過導軌滑塊與所述鉆孔裝置連接，用于帶動所述鉆孔裝置靠近或遠離所述流固耦合隧道模型系統；所述升降裝置與所述承載裝置可相對運動設置，用于驅動所述承載裝置、所述移動裝置和所述鉆孔裝置的上升或者下降。

2.根據權利要求1所述的模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統，其特征在于，所述流固耦合隧道模型系統包括流固耦合隧道模型容納裝置和加載裝置，所述加載裝置固設于所述流固耦合隧道模型容納裝置上的承載結構，用于進行隧道模型的加載以模擬其真實環境下所受的上覆層應力；

所述流固耦合隧道模型容納裝置上設置有兩個與所述鉆孔裝置相適配的通孔，用于所述鉆孔裝置的鉆進。

3.根據權利要求2所述的模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統，其特征在于，所述加載裝置與隧道模型之間還設置有承壓導流板和滲流透水板；所述滲流透水板設置于所述承壓導流板的下方，用于所述承壓導流板中注入的核素溶液的均勻滲流；

所述承壓導流板包括板狀本體、導流孔和導流槽；所述導流孔貫通設置于所述板狀本體中心；所述導流槽設置于所述板狀本體的底面，用于導流所述導流孔中注入的核素溶液；

所述導流槽包括周向導流槽和徑向導流槽；所述周向導流槽設置于所述導流孔周側；所述徑向導流槽設置于所述周向導流槽與所述導流孔之間，并用于連通二者。

4.根據權利要求1所述的模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統，其特征在于，所述隧道模型供液系統包括PET核素溶液注射泵、PET核素溶液存儲桶和PET核素溶液注射管；所述PET核素溶液注射泵和所述PET核素溶液存儲桶設置于所述承載結構；所述PET核素溶液注射管在所述PET核素溶液注射泵在驅動下傳送核素溶液至隧道模型內部。

5.根據權利要求4所述的模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統，其特征在于，所述PET探測系統還包括第一PET探測器移動裝置、第一PET探測器支撐裝置、第二PET探測器移動裝置和第二PET探測器支撐裝置；

所述第一PET探測器、所述第二PET探測器分別固設于所述第一PET探測器移動裝置、第二PET探測器移動裝置；所述第一PET探測器移動裝置、所述第二PET探測器移動裝置均通過導軌滑塊與所述第一PET探測器支撐裝置、所述第二PET探測器支撐裝置連接；

所述第一PET探測器移動裝置、所述第二PET探測器移動裝置可分別帶動所述第一PET探測器、所述第二PET探測器靠近或遠離所述流固耦合隧道模型系統。

6.根據權利要求1所述的模擬流固耦合隧道挖掘的可視化系統，其特征在于，所述鉆孔裝置包括鉆孔驅動裝置、鉆進刀盤、鉆孔裝置外倉、螺旋輸送軸和壓力傳感器；所述鉆進刀盤、所述鉆孔裝置外倉依次套設于所述螺旋輸送軸外側；

所述壓力傳感器設置于所述螺旋輸送軸遠離所述鉆孔驅動裝置的一端，以實時監測鉆孔推進力；所述鉆孔驅動裝置的動力輸出端與所述螺旋輸送軸固定連接，以控制鉆孔進程。