[發明專利]一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 202110659423.4
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113358655A
• 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;楊妮;朱樺;陳鶴
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;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

1.一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置，其特征在于：包括透明土模型箱(1)、隧道上浮模擬裝置(2)、反力架(3)、底座(4)、加壓氣缸(5)、位移傳感器(6)、壓力傳感器(7)、T型連接件(8)、兩臺工業相機(9)和激光發射器(10)；

所述底座(4)布置在反力架(3)測試中心區；所述透明土模型箱(1)固定在底座(4)上；所述透明土模型箱(1)整體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；所述第一側板的板面上設置有矩形缺口(101)；所述矩形缺口(101)將第一側板分隔為兩塊側包板(102)；兩塊側包板(102)相對板端處設置有插板槽(103)；

所述隧道上浮模擬裝置(2)包括隧道模擬部分(201)和隧道滑動機制部分(202)；所述隧道模擬部分(201)和隧道滑動機制部分(202)一體連接；所述隧道模擬部分(201)為一端封閉，另一端敞口的空心管狀結構；所述隧道滑動機制部分(202)整體為平直板狀結構；所述隧道滑動機制部分(202)的高度大于透明土模型箱(1)的高度；所述隧道模擬部分(201)的敞口端固定在隧道滑動機制部分(202)的板面上；所述隧道滑動機制部分(202)的板面上設置有與隧道模擬部分(201)內腔連通的孔洞；所述隧道滑動機制部分(202)的板端上設置有與插板槽(103)相配合的凸楞(2021)；所述凸楞(2021)嵌插在對應插板槽(103)中，隧道滑動機制部分(202)將矩形缺口(101)封堵；所述隧道滑動機制部分(202)與側包板(102)的連接位置處敷設有透明薄膜(11)；所述隧道模擬部分(201)布置在透明土模型箱(1)的內腔中；所述透明土模型箱(1)內裝填有透明土；

所述加壓氣缸(5)布置在反力架(3)的橫梁下表面；所述位移傳感器(6)和壓力傳感器(7)布置在壓氣缸(5)上；

所述T型連接件(8)包括相互垂直的水平部和豎直部；所述水平部插入隧道模擬部分(201)的內腔中；所述豎直部的上端與加壓氣缸(5)連接，下端與水平部連接；

所述兩臺工業相機(9)分別布置在第三側板和第四側板的外側；所述激光發射器(10)布置在透明土模型箱(1)下方；

工作時，激光發射器(10)在透明土內形成透明土散斑場；加壓氣缸(5)通過T型連接件(8)將隧道上浮模擬裝置(2)向上勻速拉動；所述工業相機(9)持續記錄透明土散斑場的變化；所述位移傳感器(6)監測隧道上浮模擬裝置(2)的豎向位移；所述壓力傳感器(7)監測隧道上浮模擬裝置(2)向上移動時受到的壓力。

2.根據權利要求1所述的一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述透明土模型箱(1)和隧道上浮模擬裝置(2)采用有機玻璃制成；所述反力架(3)采用不銹鋼制成。

3.根據權利要求1所述的一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述插板槽(103)內涂抹有硅樹脂潤滑脂；所述隧道滑動機制部分(202)與透明薄膜(11)的接觸部分涂抹有硅樹脂潤滑脂。

4.根據權利要求1所述的一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述底座(4)包括透明玻璃板(401)和支架(402)；所述支架(402)為豎直放置的U型板；所述透明玻璃板(401)擱置在支架(402)上；所述激光發射器(10)布置在支架(402)的槽口中。

5.根據權利要求1所述的一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述透明土的固體顆粒選用球形硅微粉，孔隙流體選用正十二烷和苯甲基硅油混合液；所述球形硅微粉采用不規則角形硅微粉通過火焰熔融法加工成球形。

6.根據權利要求1所述的一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述透明土的固體顆粒選用無定形硅石粉末，孔隙流體選用正十二烷和5#白礦物油的混合液。