[發明專利]一種模擬地下水位變動引起隧道變形的模型試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 202110635075.7
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113358851A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 仉文崗;孫偉鑫;張艷梅;曾志凱;向蓉;李尚;高峰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

1.一種模擬地下水位變動引起隧道變形的模型試驗裝置，其特征在于：包括模型箱(1)、隧道模型(2)、隧道固定裝置(3)、監測系統和注水抽水系統；

所述模型箱(1)包括模型箱主體(101)、砂土墊層(102)和透水帷幕(103)；所述模型箱主體(101)為上端敞口的矩形箱體；這個矩形箱體的四面側壁依次為第一側板、第二側板、第三側板和第四側板；所述第一側板為透明側板；所述砂土墊層(102)鋪設在模型箱(1)內腔的底部；所述透水帷幕(103)為U型板狀結構；所述透水帷幕(103)豎直布置在模型箱主體(101)的內腔中；所述透水帷幕(103)的開口朝向第一側板；所述透水帷幕(103)的三塊側板與模型箱主體(101)的對應側板之間存在間隙；所述透水帷幕(103)、第一側板和砂土墊層(102)合圍出模型土容置空間(S)；所述模型土容置空間(S)中填筑有模型土；所述砂土墊層(102)和模型土之間還設置有土工布(104)；

所述隧道模型(2)為空心圓柱體；所述隧道模型(2)埋設在模型土中；所述隧道模型(2)的長度方向與第一側板的板面垂直；所述隧道模型(2)的一端緊貼第一側板；

所述隧道固定裝置(3)包括支架(301)、U型托架(302)、傳力桿(303)和若干固定桿(304)；所述支架(301)包括兩根高度可以調節的立柱(3011)和十字梁；所述兩根立柱(3011)分別設置在第二側板和第四側板的上表面；所述十字梁包括架設在兩根立柱(3011)之間的橫梁(3012)，以及從橫梁(3012)的梁身上延伸出的懸挑縱梁(3013)；所述懸挑縱梁(3013)的長度方向與隧道模型(2)的長度方向平行；所述U型托架(302)布置在橫梁(3012)上表面；所述U型托架(302)具有頂壁和兩側壁；所述橫梁(3012)中心處設置有供傳力桿(303)穿過的孔洞；所述傳力桿(303)穿過對應孔洞后，下端與隧道模型(2)固定連接；所述懸挑縱梁(3013)上設置有供固定桿(304)穿過的若干個孔洞；所述固定桿(304)包括桿身(3041)和卡止部(3042)；所述卡止部(3042)設置在桿身(3041)的上；所述桿身(3041)穿過對應孔洞；所述卡止部(3042)擱置在懸挑縱梁(3013)上；所述桿身(3041)的下端與隧道模型(2)固定連接；

所述監測系統包括壓力監測裝置(4)、位移傳感器(5)、模型土位移監測裝置(6)、土壓力傳感器(7)、應變傳感器(8)、工業相機(11)和孔隙水壓力傳感器(13)；所述壓力監測裝置(4)包括泡沫板(401)以及壓力傳感器(402)；所述壓力傳感器(402)安置在U型托架(302)的頂壁的下表面；所述泡沫板(401)與壓力傳感器(402)相連；所述傳力桿(303)的上端與泡沫板(401)相連；所述位移傳感器(5)安置在固定桿(304)的頂端；所述模型土位移監測裝置(6)埋置在隧道模型(2)周圍的模型土內，并緊貼第一側板；所述土壓力傳感器(7)和孔隙水壓力傳感器(13)安置在隧道模型(2)的外壁上；所述應變傳感器(8)安置在隧道模型(2)的內壁以及外壁上；所述工業相機(11)布置在模型箱(1)外；所述工業相機(11)的拍攝方向朝向第一側板；

工作時，注水抽水系統向透水帷幕(103)與模型箱主體(101)之間的間隙中注水或抽水；所述隧道模型(2)隨水位變化而移動；監測系統獲取隧道模型(2)和周圍土體位移場和應力場的變化數據和圖像；通過分析數據和圖像得到地下水位變動導致隧道變形的有關規律。

2.根據權利要求1所述的一種模擬地下水位變動引起隧道變形的模型試驗裝置，其特征在于：所述第一側板采用有機玻璃制成；所述隧道模型(2)采用輕質塑料制成。

3.根據權利要求1所述的一種模擬地下水位變動引起隧道變形的模型試驗裝置，其特征在于：所述注水抽水系統包括若干根水管(9)和水泵(10)；所述水管(9)的一端與水泵(10)相連，另一端伸入透水帷幕(103)與模型箱主體(101)之間的間隙。

4.根據權利要求1所述的一種模擬地下水位變動引起隧道變形的模型試驗裝置，其特征在于：所述隧道模型(2)、傳力桿(303)和固定桿(304)的外壁上均勻涂抹有硅樹脂潤滑脂。