[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

發明提供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。該裝置包括透明土模型箱、隧道上浮模擬裝置、反力架、底座、加壓氣缸、位移傳感器、壓力傳感器、兩臺工業相機和激光發射器。試驗時，使用加壓氣缸將隧道上浮模擬裝置向上緩慢拉動，模擬隧道上浮運動。所述激光發射器發射激光，在透明土內形成透明土散斑場。在隧道上浮模擬裝置向上移動時，通過工業相機記錄透明土散斑場的變化。通過PIV技術處理圖像，并分析整理實驗數據，從而得到隧道上浮過程中隧道與周圍土體相互作用的影響規律。該裝置可以真實的模擬隧道上浮的過程，并可以精確的監測隧道周圍位移場和豎向土體壓力的變化。本試驗成本低，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，特別涉及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。

背景技術

軟土地層是淤泥和淤泥質土的總稱，主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質所組成。軟土地層具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性差、抗剪強度低等特性。根據大量工程施工期管片上浮監測結果，軟土地層隧道施工期常面臨較大量值的上浮問題。隧道上浮過程中結構與土相互作用復雜，且上浮量過大時嚴重影響隧道的使用功能和安全性，如會造成管片環之間出現張開破損等問題。因此，模擬研究隧道上浮過程與土體相互作用對控制隧道的上浮變形具有重要意義。

然而，常規的模型試驗方法只能觀測到土體表面的位移場，不能觀測到土體內部連續的位移場。數值模擬法很大程度上取決于模擬條件的選取，精度較難控制，往往誤差較大。現場實測數據分析法采用實際工程測量，測量結果較為直觀，準確，但也存在著現場地層形狀復雜、施工條件復雜、測試原件埋設困難等缺點。

因此，亟需開發一種模擬隧道上浮過程與土體相互作用的透明土室內模型試驗裝置。

發明內容

本發明的目的是提供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，以解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，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，包括透明土模型箱、隧道上浮模擬裝置、反力架、底座、加壓氣缸、位移傳感器、壓力傳感器、T型連接件、兩臺工業相機和激光發射器。

所述底座布置在反力架測試中心區。所述透明土模型箱固定在底座上。所述透明土模型箱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。所述矩形缺口將第一側板分隔為兩塊側包板。兩塊側包板相對板端處設置有插板槽。

所述隧道上浮模擬裝置包括隧道模擬部分和隧道滑動機制部分。所述隧道模擬部分和隧道滑動機制部分一體連接。所述隧道模擬部分為一端封閉，另一端敞口的空心管狀結構。所述隧道滑動機制部分整體為平直板狀結構。所述隧道滑動機制部分的高度大于透明土模型箱的高度。所述隧道模擬部分的敞口端固定在隧道滑動機制部分的板面上。所述隧道滑動機制部分的板面上設置有與隧道模擬部分內腔連通的孔洞。所述隧道滑動機制部分的板端上設置有與插板槽相配合的凸楞。所述凸楞嵌插在對應插板槽中，隧道滑動機制部分將矩形缺口封堵。所述隧道滑動機制部分與側包板的連接位置處敷設有透明薄膜。所述隧道模擬部分布置在透明土模型箱的內腔中。所述透明土模型箱內裝填有透明土。

所述加壓氣缸布置在反力架的橫梁下表面。所述位移傳感器和壓力傳感器布置在壓氣缸上。

所述T型連接件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的內腔中。所述豎直部的上端與加壓氣缸連接，下端與水平部連接。

所述兩臺工業相機分別布置在第三側板和第四側板的外側。所述激光發射器布置在透明土模型箱下方。