[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202110635075.7
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113358851A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)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

發(fā)明提供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。該模型試驗裝置包括模型箱、隧道模型、隧道固定裝置、監(jiān)測系統(tǒng)和注水抽水系統(tǒng)。該模型試驗裝置可以真實的模擬地下水位變動引起隧道變形的過程，并可以精確的測量地下水位變動時，隧道和周圍土體位移場和應力場的變化。本試驗成本低，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及巖土工程技術領域，特別涉及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。

背景技術

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的發(fā)展和經(jīng)濟規(guī)模大且聚集性強的超大城市的出現(xiàn)，對城市空間和交通運載能力的需求不斷增加，城市地下空間的開發(fā)利用和地鐵建設得到了快速的發(fā)展。但我國近年來山洪、內澇和江河洪水等洪澇災害頻發(fā)，對地下結構的正常使用產(chǎn)生了巨大的影響。因此，研究水位變動對地下結構的作用機理具有十分重要的現(xiàn)實意義。

目前，工程設計中往往采用簡化的靜水浮力作為地下結構的設計浮力，而實際工程中地下結構所受浮力更為復雜。實際工程中地下結構所受浮力與土體滲透系數(shù)，地下水滲流場，地下結構周圍復雜建筑環(huán)境等影響因素密切相關。因此，考慮水位變動對地下結構浮力影響并研究其作用機理有利于優(yōu)化浮力設計。

現(xiàn)有的研究中，大部分學者只針對簡單地下結構進行浮力模型試驗，而且并未考慮地下結構周圍土體位移場隨地下水位浮動的變化規(guī)律。

因此，亟需開發(fā)一種可以監(jiān)測隧道浮力及周圍土體位移場隨水位變動的試驗裝置及使用方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供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，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術方案是這樣的，一種模擬地下水位變動引起隧道變形的模型試驗裝置，包括模型箱、隧道模型、隧道固定裝置、監(jiān)測系統(tǒng)和注水抽水系統(tǒng)。

所述模型箱包括模型箱主體、砂土墊層和透水帷幕。所述模型箱主體為上端敞口的矩形箱體。這個矩形箱體的四面?zhèn)缺谝来螢榈谝粋劝濉⒌诙劝濉⒌谌齻劝搴偷谒膫劝濉Ｋ龅谝粋劝鍨橥该鱾劝濉Ｋ錾巴翂|層鋪設在模型箱內腔的底部。所述透水帷幕為U型板狀結構。所述透水帷幕豎直布置在模型箱主體的內腔中。所述透水帷幕的開口朝向第一側板。所述透水帷幕的三塊側板與模型箱主體的對應側板之間存在間隙。所述透水帷幕、第一側板和砂土墊層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。所述砂土墊層和模型土之間還設置有土工布。

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

所述隧道固定裝置包括支架、U型托架、傳力桿和若干固定桿。所述支架包括兩根高度可以調節(jié)的立柱和十字梁。所述兩根立柱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之間的橫梁，以及從橫梁的梁身上延伸出的懸挑縱梁。所述懸挑縱梁的長度方向與隧道模型的長度方向平行。所述U型托架布置在橫梁上表面。所述U型托架具有頂壁和兩側壁。所述橫梁中心處設置有供傳力桿穿過的孔洞。所述傳力桿穿過對應孔洞后，下端與隧道模型固定連接。所述懸挑縱梁上設置有供固定桿穿過的若干個孔洞。所述固定桿包括桿身和卡止部。所述卡止部設置在桿身的上。所述桿身穿過對應孔洞。所述卡止部擱置在懸挑縱梁上。所述桿身的下端與隧道模型固定連接。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括壓力監(jiān)測裝置、位移傳感器、模型土位移監(jiān)測裝置、土壓力傳感器、應變傳感器、工業(yè)相機和孔隙水壓力傳感器。所述壓力監(jiān)測裝置包括泡沫板以及壓力傳感器。所述壓力傳感器安置在U型托架的頂壁的下表面。所述泡沫板與壓力傳感器相連。所述傳力桿的上端與泡沫板相連。所述位移傳感器安置在固定桿的頂端。所述模型土位移監(jiān)測裝置埋置在隧道模型周圍的模型土內，并緊貼第一側板。所述土壓力傳感器和孔隙水壓力傳感器安置在隧道模型的外壁上。所述應變傳感器安置在隧道模型的內壁以及外壁上。所述工業(yè)相機布置在模型箱外。所述工業(yè)相機的拍攝方向朝向第一側板。