隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置的制造方法
【專利摘要】隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置，以對(duì)不同級(jí)配、密實(shí)度、水位和滲流工況因隧道開(kāi)挖引起的空洞地層變形進(jìn)行全過(guò)程模擬，為理論和數(shù)值研究提供佐證，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供印證，為實(shí)際的工程措施提供依據(jù)。包括實(shí)驗(yàn)箱體和試驗(yàn)傳感器，實(shí)驗(yàn)箱體具有上端開(kāi)口，其前側(cè)壁為透明面板，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)箱體兩側(cè)底部設(shè)置有可關(guān)閉的排水通道。拱形結(jié)構(gòu)的中央部位固定設(shè)置有上端口與實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部空間相通的柱狀砂體容器，該砂體容器的下端口設(shè)置有可開(kāi)啟的底蓋。
【專利說(shuō)明】
隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及土木工程，特別涉及一種隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置，本裝置可以對(duì)不同級(jí)配、密實(shí)度、水位和滲流工況，因隧道開(kāi)挖引起的空洞地層變形進(jìn)行全過(guò)程模擬。
【背景技術(shù)】
[0002]由于復(fù)雜的環(huán)境條件使得城市地下工程面臨較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，大量研究成果表明:施工過(guò)程中的地層變形是隧道工程安全事故的主要根源，而地層空洞是城市隧道工程地層滯后沉降的主要原因。隨著我國(guó)城市交通工程的快速發(fā)展，開(kāi)展因隧道開(kāi)挖引起的地層沉降機(jī)理領(lǐng)域的研究，具有非常好的工程和社會(huì)意義，本裝置的研制正是在以上背景條件下展開(kāi)的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置，以對(duì)不同級(jí)配、密實(shí)度、水位和滲流工況因隧道開(kāi)挖引起的空洞地層變形進(jìn)行全過(guò)程模擬，為理論和數(shù)值研究提供佐證，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供印證，為實(shí)際的工程措施提供依據(jù)。
[0004]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下:
[0005]本實(shí)用新型的隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置包括實(shí)驗(yàn)箱體和試驗(yàn)傳感器，其特征是:所述實(shí)驗(yàn)箱體具有上端開(kāi)口，其前側(cè)壁為透明面板，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)箱體兩側(cè)底部設(shè)置有可關(guān)閉的排水通道;所述拱形結(jié)構(gòu)的中央部位固定設(shè)置有上端口與實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部空間相通的柱狀砂體容器，該砂體容器的下端口設(shè)置有可開(kāi)啟的底蓋。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果是，該裝置可以對(duì)不同級(jí)配、密實(shí)度、水位和滲流工況，因隧道開(kāi)挖引起的空洞地層變形進(jìn)行全過(guò)程模擬，其成果可為理論和數(shù)值研究提供佐證，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供印證，為實(shí)際的工程措施提供依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]本說(shuō)明書包括如下四幅附圖。
[0008]圖1是本實(shí)用新型隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009 ]圖2是沿圖1中B-B線的剖視圖；
[0010]圖3是沿圖2中C-C線的剖視圖；
[0011]圖4是沿圖1中A-A線的剖視圖。
[0012]圖中示出構(gòu)件名稱及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記:實(shí)驗(yàn)箱體10、透明面板11、拱形結(jié)構(gòu)12、排水通道13、砂體容器20、砂體塑形杯21、位移傳感器31、應(yīng)變式土壓力盒32、孔隙水壓力傳感器33ο【具體實(shí)施方式】:
[0013]為進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采用的技術(shù)手段，下面結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施例說(shuō)明如下。
[0014]參照?qǐng)D1、圖2、圖3和圖4，本實(shí)用新型的隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置，包括實(shí)驗(yàn)箱體10和試驗(yàn)傳感器。所述實(shí)驗(yàn)箱體10具有上端開(kāi)口，其前側(cè)壁為透明面板11，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結(jié)構(gòu)12，實(shí)驗(yàn)箱體10兩側(cè)底部設(shè)置有可關(guān)閉的排水通道13。所述拱形結(jié)構(gòu)12的中央部位固定設(shè)置有上端口與實(shí)驗(yàn)箱體10內(nèi)部空間相通的柱狀砂體容器20，該砂體容器20的下端口設(shè)置有可開(kāi)啟的底蓋。
[0015]參照?qǐng)D2和圖3，拱形結(jié)構(gòu)12用于模擬隧道襯砌，柱狀砂體容器20用于盛放砂體，模擬拱頂空洞。為便于成型，所述砂體容器20的上部配置有砂體塑形杯21。參照?qǐng)D4，排水通道13實(shí)驗(yàn)箱體10的左側(cè)壁、右側(cè)壁底部各沿寬度方向間隔設(shè)置2個(gè)，排水通道13的外端安裝有開(kāi)啟閥門，內(nèi)端則設(shè)置有鋼絲網(wǎng)墊層，防止砂土入而堵塞閥門。
[0016]參照?qǐng)D1，所述試驗(yàn)傳感器包括位移傳感器31、應(yīng)變式土壓力盒32和孔隙水壓力傳感器33，位移傳感器31、應(yīng)變式土壓力盒32在實(shí)驗(yàn)箱體10內(nèi)填土層內(nèi)分層布設(shè)，均位于一豎向平面上。孔隙水壓力傳感器33布設(shè)在實(shí)驗(yàn)箱體10底部靠近排水通道13部位處。各位移傳感器31、應(yīng)變式土壓力盒32和孔隙水壓力傳感器33傳感器都通過(guò)信號(hào)傳輸線連接外接信號(hào)接收裝置。
[0017]圖1中示出了一種具體布設(shè)方式，10個(gè)位移傳感器31、4個(gè)應(yīng)變式土壓力盒32、I個(gè)孔隙水壓力傳感器33均位于同一豎向平面上。其中，10個(gè)位移傳感器31分三層橫向等距離排布在土體層中，第一層放置5個(gè)，位于土體層表面；第二層放置4個(gè)，位于土體層表面下40cm處;第三層放置I個(gè)，位于土體層表面下65cm處，拱形結(jié)構(gòu)12正上方。4個(gè)應(yīng)變式土壓力盒32也分三層排布在土體中，第一個(gè)放置在土體層表面下25cm所在平面的中心處;第二個(gè)放置在第一個(gè)正下方，距離第一個(gè)32cm;最后兩個(gè)對(duì)稱分布在拱形結(jié)構(gòu)12兩側(cè)，距離土體表面87cm。具體布置如圖1所示。傳感器都通過(guò)信號(hào)傳輸線連接外接信號(hào)接收裝置。
[0018]本實(shí)用新型的隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程如下:
[0019]1、檢查實(shí)驗(yàn)箱體10及各連接部位完整性，關(guān)閉所有排水通道13的排水閥，關(guān)閉砂體容器20底蓋，放置砂體塑形杯21;
[0020]2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將提前配置好的巖土體分層填入箱體；
[0021 ] 3、巖土體填平至拱形結(jié)構(gòu)12拱頂，開(kāi)始往砂體容器20中填入細(xì)沙，并用砂體塑形杯21固定砂體形狀，待填土到砂體塑形杯21頂部時(shí)取出砂體塑形杯21，細(xì)沙大小形狀為模擬空洞的大小形狀，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；
[0022]4、待土體填到相應(yīng)高度時(shí)，放置相應(yīng)試驗(yàn)傳感器；
[0023]5、將所有傳感器線路連接信號(hào)接收裝置，調(diào)試裝置。
[0024]試驗(yàn)過(guò)程如下:
[0025]1、調(diào)試整套裝置，檢查線路是否都正常連接；
[0026]2、打開(kāi)所有排水通道13的排水閥，用灑水器在實(shí)驗(yàn)箱體10內(nèi)填土層表面均勻?yàn)⑺?，直至排水閥中有水滲出一段時(shí)間。在此之后，每隔一段時(shí)間進(jìn)行灑水一次。間隔時(shí)間及灑水時(shí)間根據(jù)地層及實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整，模擬自然狀態(tài)下的砂卵石固結(jié)過(guò)程；
[0027]3、待填土層達(dá)到預(yù)設(shè)固結(jié)狀態(tài)，開(kāi)始變形實(shí)驗(yàn)；
[0028]4、打開(kāi)信號(hào)接收裝置，開(kāi)始持續(xù)讀取數(shù)據(jù)直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束；
[0029 ] 5、打開(kāi)砂體容器20的底蓋，掏出其中模擬空洞的砂體，制造地層中空洞，并對(duì)所掏出的砂體進(jìn)行體積量測(cè)；
[0030]6、觀察地層變形及傳感器數(shù)據(jù)變化，直至空洞發(fā)生塌陷；
[0031]7、繼續(xù)觀察地層變形，并對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直至系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0032]以上所述只是用圖解說(shuō)明本實(shí)用新型隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置的一些原理，并非是要將本實(shí)用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實(shí)用新型所申請(qǐng)的專利范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置，包括實(shí)驗(yàn)箱體(10)和試驗(yàn)傳感器，其特征是:所述實(shí)驗(yàn)箱體(10)具有上端開(kāi)口，其前側(cè)壁為透明面板(11)，底壁中部為一沿寬度方向延伸的拱形結(jié)構(gòu)(12)，實(shí)驗(yàn)箱體(10)兩側(cè)底部設(shè)置有可關(guān)閉的排水通道(13);所述拱形結(jié)構(gòu)(12)的中央部位固定設(shè)置有上端口與實(shí)驗(yàn)箱體(10)內(nèi)部空間相通的柱狀砂體容器(20)，該砂體容器(20)的下端口設(shè)置有可開(kāi)啟的底蓋。2.如權(quán)利要求1所述的隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置其特征是:所述砂體容器(20)的上部配置有砂體塑形杯(21)。3.如權(quán)利要求1所述的隧道工程環(huán)境地層空洞變形模擬裝置，其特征是:所述試驗(yàn)傳感器包括位移傳感器(31)、應(yīng)變式土壓力盒(32)和孔隙水壓力傳感器(33)，位移傳感器(31)、應(yīng)變式土壓力盒(32)在實(shí)驗(yàn)箱體(10)內(nèi)填土層內(nèi)分層布設(shè)，孔隙水壓力傳感器(33)布設(shè)在實(shí)驗(yàn)箱體(1)底部靠近排水通道(13)部位處。
【文檔編號(hào)】G09B23/40GK205428345SQ201521046673
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日
【發(fā)明人】羅世培, 巫錫勇, 林剛, 趙思遠(yuǎn), 郭俊, 廖昕, 朱宏海, 王森, 楊征, 牟迪, 馮亮, 宋同偉, 劉觀龍, 陶星, 李濤
【申請(qǐng)人】中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 西南交通大學(xué)