[發(fā)明專利]隧道開挖突涌水模擬裝置及模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010847312.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN111983191B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王青松;吳應(yīng)明;王平安;郭朋超;王洪坤;李曙光;李校珂;楊立燃;王存寶;羅宗帆;賀顯林;張歡;李金魁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵二十局集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24;G01N15/08
• 代理公司: 深圳市世紀(jì)恒程知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44287
• 代理人: 張志江

本發(fā)明公開一種隧道開挖突涌水模擬裝置，裝置包括：試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱包括地層區(qū)與海水區(qū)，海水區(qū)填充有水，且試驗(yàn)箱的側(cè)壁預(yù)設(shè)有與地層區(qū)連通的隧道開挖孔；基巖模擬地層，基巖模擬地層設(shè)置于地層區(qū)內(nèi)，且基巖模擬地層具有與隧道開挖孔連接的隧道開挖區(qū)域，且基巖模擬地層的頂面為凹面；軟巖模擬地層，軟巖模擬地層設(shè)置于基巖模擬地層的上方；多個(gè)監(jiān)測(cè)元件，多個(gè)監(jiān)測(cè)元件埋設(shè)于基巖模擬地層與軟巖模擬地層，且多個(gè)監(jiān)測(cè)元件環(huán)繞隧道開挖區(qū)域設(shè)置；以及潮汐模擬組件，潮汐模擬組件設(shè)置于海水區(qū)。本發(fā)明還公開了一種隧道開挖突涌水模擬方法。本裝置可以模擬近海富水區(qū)復(fù)合地層并考慮海水潮汐補(bǔ)給作用下的隧道突涌水情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道工程施工領(lǐng)域，特別涉及一種隧道開挖突涌水模擬裝置及模擬方法。

背景技術(shù)

近海隧道施工經(jīng)常遭遇上軟下硬的復(fù)合地層，加之海水的滲流補(bǔ)給作用往往使得圍巖物理力學(xué)性質(zhì)更加復(fù)雜，施工中隧道開挖后圍巖穩(wěn)定性差，常常發(fā)生傾斜、沉降量大的情況，甚至發(fā)生塌方、涌水事故，極易造成重大經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。

而現(xiàn)有的隧道模擬裝置僅僅能模擬單一地層，且主要是模擬靜水頭壓力作用下的隧道突涌水，無法模擬近海富水區(qū)復(fù)合地層并考慮海水潮汐補(bǔ)給作用下的隧道突涌水情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種隧道開挖突涌水模擬裝置及模擬方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無法模擬近海富水區(qū)復(fù)合地層并考慮海水潮汐補(bǔ)給作用下的隧道突涌水的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種隧道開挖突涌水模擬裝置，裝置包括：

試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱包括地層區(qū)與海水區(qū)，海水區(qū)填充有水，且試驗(yàn)箱的側(cè)壁預(yù)設(shè)有與地層區(qū)連通的隧道開挖孔；

基巖模擬地層，基巖模擬地層設(shè)置于地層區(qū)內(nèi)，且基巖模擬地層具有與隧道開挖孔連接的隧道開挖區(qū)域，且基巖模擬地層的頂面為凹面；

軟巖模擬地層，軟巖模擬地層設(shè)置于基巖模擬地層的上方；

多個(gè)監(jiān)測(cè)元件，多個(gè)監(jiān)測(cè)元件埋設(shè)于基巖模擬地層與軟巖模擬地層，且多個(gè)監(jiān)測(cè)元件環(huán)繞隧道開挖區(qū)域設(shè)置；以及

潮汐模擬組件，潮汐模擬組件設(shè)置于海水區(qū)，以帶動(dòng)海水區(qū)的部分水向地層區(qū)往復(fù)流動(dòng)，從而模擬潮汐過程。

可選的，潮汐模擬組件包括：

固定支架，固定支架與試驗(yàn)箱固定連接；

轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于固定支架；

第一葉片與第二葉片，第二葉片與第一葉片沿轉(zhuǎn)子的周向間隔設(shè)置于轉(zhuǎn)子的周向側(cè)壁，且第二葉片的長(zhǎng)度大于第一葉片的長(zhǎng)度；以及

驅(qū)動(dòng)組件，驅(qū)動(dòng)組件與轉(zhuǎn)子傳動(dòng)連接；

其中，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，第一葉片與第二葉片的至少部分均可浸入海水區(qū)的水中，以帶動(dòng)海水區(qū)的部分水向地層區(qū)往復(fù)流動(dòng)。

可選的，第一葉片包括多個(gè)，多個(gè)第一葉片沿轉(zhuǎn)子的圓周方向間隔設(shè)置。

可選的，多個(gè)第一葉片與第二葉片沿轉(zhuǎn)子的圓周方向均勻間隔設(shè)置。

可選的，基巖模擬地層的頂面為一弧形下凹面，且弧形下凹面的靠近海水區(qū)的一端高于弧形凹面的中部。

可選的，基巖模擬地層采用第一圍巖相似材料制成，第一圍巖相似材料包括河砂、石英砂、水泥以及粉煤灰，其中河砂、石英砂、水泥以及粉煤灰的重量比為1:0.7～0.8:0.5～0.6:0.15～0.2；以及

軟巖模擬地層采用第二圍巖相似材料制成，第二圍巖相似材料包括河砂、黏土、水泥以及石膏，其中河砂、黏土、水泥以及石膏的重量比為1:0.4～0.5:0.12～0.15:0.1～0.2。