聚氨酯囊I，聚氨酯囊I上连接两根输水导管2，一根用于向聚氨酯囊I中输送水流，一根将聚氨酯囊I中的水流导出，所述聚氨酯囊I中填充有可溶于水的固态粉末碳酸钠粉末，该固态粉末在所述聚氨酯囊I中紧密堆积将聚氨酯囊I中撑起形成预期形状的地层损失模型，地表荷载加载装置包括模态激振器3、传力板4、激振器反力梁5，所述传力板4放置在试验土体表面，模态激振器3压在传力板4上，模态激振器3顶部固定在激振器反力梁5上。
[0026]所述渗流装置包括用于提供渗流水源的水箱6及控制水流大小的阀门7和导管8、出水龙头9。
[0027]所述地中及地表位移测量装置包括放置于试验土体10中的用来量测地中位移及地表位移的电子位移计11及位移计固定横梁12。
[0028]所述模型试验箱为一长方体结构，顶部开口不予封闭，用于填充试验土体，模型试验箱正面采用透明面板13，以便观察内部试验土体，其他四个面采用不锈钢钢板制作;透明面板13上制作有半圆结构的隧道模型22，隧道模型22与试验箱体一体制作；
[0029]透明面板13的外表面固定有位移基准标志14，透明面板13内侧的试验土体中放置有用于显示土体移动路径的低磨阻的彩色玻璃球15;
[0030]还包括土体位移路径监测装置，包括高频相机16、数据线、计算机18。
[0031]试验土体内部设置有加速度传感器19，采用加速度传感器19来量测地层损失上方土体的加速度并通过数据线将信号传输至计算机18。
[0032]利用所述不同形状地层损失模拟系统进行纵断面地层损失在渗流及地面荷载作用下扩展发展，诱发地表沉降模型试验，具体实施步骤是:
[0033]1、制作模型试验箱。实验箱体为一长方体结构，顶部开口不予封闭，用于填充实验土体及安装其他实验设备，正面采用透明面板以便观察，其他四个面采用不锈钢钢板制作，隧道模型为一半圆结构，与试验箱体一体制作，且在隧道模型上留有若干小孔用于排出溶解物质。具体尺寸根据实验相似比确定。
[0034]2、制作地层损失模型:首先确定地层损失的形状及尺寸，制作聚氨酯囊I，聚氨酯囊的尺寸和形状与每一环地层损失的形状及尺寸相同，填满碳酸钠确保碳酸钠填充密实并将聚氨酯囊内空间完全占满，每个聚氨酯囊连接两根输水导管2，一根用于进水，一根通过隧道模型上预留的小孔排出溶解物质，形成单环地层损失模型。将多个彼此独立的单环地层损失模型沿纵向紧密布置。
[0035]3、填充试验土体10，并安装电子位移计11，加速度传感器19，放置彩色玻璃球15。试验土体填充完之后进行压实处理，安装模态激振器3、传力板4和激振器反力梁5以及水箱
6、水流控制阀门7、导管8。
[0036]4、生成地层损失:模拟施工掘进过程，依次向紧密排列的圆弧聚氨酯囊I中注水，溶解碳酸钠粉末并通过另一根输水管排出，生成纵向连续的地层损失。
[0037]5、试验过程:开启水流控制阀门7，让水流通过导管8流入试验土体，并开启出水龙头9，让水流流出模型试验箱21。开启模态激振器3，让其输出所需荷载(如地面车辆振动荷载)。并通过加速度传感器19测量土体加速度，并将信号通过数据线将信号传输至计算机18。
[0038]6、试验数据监测:在试验过程中通过电子位移计11测量并记录地表和地中位移，并通过加速度传感器19测量土体加速度，并将信号通过数据线传输到计算机18，同时用高频相机16监测地层损失上方土体移动路径及地层损失的扩展过程，通过数据线连接到计算机18。
[0039]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种模拟盾构隧道纵断面内地层损失扩展的试验系统，其特征在于，包括:模型试验箱、地层损失模型、地表荷载加载装置、渗流装置、地中及地表位移测量装置、土体位移路径监测装置;模型试验箱内部填充试验土体;所述地层损失模型包括聚氨酯囊(I)，聚氨酯囊(I)上连接两根输水导管(2)，一根用于向聚氨酯囊(I)中输送水流，一根将聚氨酯囊(I)中的水流导出，所述聚氨酯囊(I)中填充有可溶于水的固态粉末，该固态粉末在所述聚氨酯囊(I)中紧密堆积将聚氨酯囊(I)撑起形成预期形状的地层损失模型，地表荷载加载装置包括模态激振器(3)、传力板(4)、激振器反力梁(5)，所述传力板(4)放置在试验土体表面，模态激振器(3)压在传力板(4)上，模态激振器(3)顶部固定在激振器反力梁(5)上;所述地层损失模型采用多个圆弧状聚氨酯囊(I)紧密排列在一起形成。2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述渗流装置包括用于提供渗流水源的水箱(6)及控制水流大小的阀门(7)和导管(8)、出水龙头(9)。3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述地中及地表位移测量装置包括放置于试验土体(10)中的用来量测地中位移及地表位移的电子位移计(11)及位移计固定横梁(12)。4.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述模型试验箱为一长方体结构，顶部开口不予封闭，用于填充试验土体，模型试验箱正面采用透明面板(13)，其他四个面采用不锈钢钢板制作;透明面板上制作有半圆结构的隧道模型(22)，隧道模型(22)与试验箱体一体制作。5.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，透明面板(13)的外表面固定有位移基准标志(14)，透明面板(13)内侧的试验土体中放置有用于显示土体移动路径的低磨阻的彩色玻璃球(15)。6.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，还包括土体位移路径监测装置，土体位移路径监测装置包括高频相机(16)、数据线、计算机(18)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种模拟盾构隧道纵断面内地层损失扩展的试验系统，包括：模型试验箱、地层损失模型、地表荷载加载装置、渗流装置、地中及地表位移测量装置、土体位移路径监测装置；所述地层损失模型包括聚氨酯囊(1)，聚氨酯囊(1)上连接两根输水导管(2)，一根用于向聚氨酯囊(1)中输送水流，一根将聚氨酯囊(1)中的水流导出，所述聚氨酯囊(1)中填充有可溶于水的固态粉末，该固态粉末在所述聚氨酯囊(1)中紧密堆积将聚氨酯囊(1)撑起形成预期形状的地层损失模型，利用可溶于水的固体粉末碳酸钠填充聚氨酯囊，可以方便制作成不同形状，且在试验时能保持既有形状不变，此方法可有效模拟不同形状和规模的地层损失。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN205317774
【申请号】CN201620064662
【发明人】姚志刚, 郭建宁, 汪辉武, 邓如勇, 方勇
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月22日