隧道工程环境地层空洞变形模拟装置的制造方法
【专利摘要】隧道工程环境地层空洞变形模拟装置，以对不同级配、密实度、水位和渗流工况因隧道开挖引起的空洞地层变形进行全过程模拟，为理论和数值研究提供佐证，为现场监测数据提供印证，为实际的工程措施提供依据。包括实验箱体和试验传感器，实验箱体具有上端开口，其前侧壁为透明面板，底壁中部为一沿宽度方向延伸的拱形结构，实验箱体两侧底部设置有可关闭的排水通道。拱形结构的中央部位固定设置有上端口与实验箱体内部空间相通的柱状砂体容器，该砂体容器的下端口设置有可开启的底盖。
【专利说明】
隧道工程环境地层空洞变形模拟装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及土木工程，特别涉及一种隧道工程环境地层空洞变形模拟装置，本装置可以对不同级配、密实度、水位和渗流工况，因隧道开挖引起的空洞地层变形进行全过程模拟。
【背景技术】
[0002]由于复杂的环境条件使得城市地下工程面临较大的安全风险，大量研究成果表明:施工过程中的地层变形是隧道工程安全事故的主要根源，而地层空洞是城市隧道工程地层滞后沉降的主要原因。随着我国城市交通工程的快速发展，开展因隧道开挖引起的地层沉降机理领域的研究，具有非常好的工程和社会意义，本装置的研制正是在以上背景条件下展开的。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种隧道工程环境地层空洞变形模拟装置，以对不同级配、密实度、水位和渗流工况因隧道开挖引起的空洞地层变形进行全过程模拟，为理论和数值研究提供佐证，为现场监测数据提供印证，为实际的工程措施提供依据。
[0004]本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
[0005]本实用新型的隧道工程环境地层空洞变形模拟装置包括实验箱体和试验传感器，其特征是:所述实验箱体具有上端开口，其前侧壁为透明面板，底壁中部为一沿宽度方向延伸的拱形结构，实验箱体两侧底部设置有可关闭的排水通道;所述拱形结构的中央部位固定设置有上端口与实验箱体内部空间相通的柱状砂体容器，该砂体容器的下端口设置有可开启的底盖。
[0006]本实用新型的有益效果是，该装置可以对不同级配、密实度、水位和渗流工况，因隧道开挖引起的空洞地层变形进行全过程模拟，其成果可为理论和数值研究提供佐证，为现场监测数据提供印证，为实际的工程措施提供依据。
【附图说明】
[0007]本说明书包括如下四幅附图。
[0008]图1是本实用新型隧道工程环境地层空洞变形模拟装置的结构示意图；
[0009 ]图2是沿图1中B-B线的剖视图；
[0010]图3是沿图2中C-C线的剖视图；
[0011]图4是沿图1中A-A线的剖视图。
[0012]图中示出构件名称及所对应的标记:实验箱体10、透明面板11、拱形结构12、排水通道13、砂体容器20、砂体塑形杯21、位移传感器31、应变式土压力盒32、孔隙水压力传感器33ο【具体实施方式】:
[0013]为进一步阐述本发明所采用的技术手段，下面结合附图对具体实施例说明如下。
[0014]参照图1、图2、图3和图4，本实用新型的隧道工程环境地层空洞变形模拟装置，包括实验箱体10和试验传感器。所述实验箱体10具有上端开口，其前侧壁为透明面板11，底壁中部为一沿宽度方向延伸的拱形结构12，实验箱体10两侧底部设置有可关闭的排水通道13。所述拱形结构12的中央部位固定设置有上端口与实验箱体10内部空间相通的柱状砂体容器20，该砂体容器20的下端口设置有可开启的底盖。
[0015]参照图2和图3，拱形结构12用于模拟隧道衬砌，柱状砂体容器20用于盛放砂体，模拟拱顶空洞。为便于成型，所述砂体容器20的上部配置有砂体塑形杯21。参照图4，排水通道13实验箱体10的左侧壁、右侧壁底部各沿宽度方向间隔设置2个，排水通道13的外端安装有开启阀门，内端则设置有钢丝网垫层，防止砂土入而堵塞阀门。
[0016]参照图1，所述试验传感器包括位移传感器31、应变式土压力盒32和孔隙水压力传感器33，位移传感器31、应变式土压力盒32在实验箱体10内填土层内分层布设，均位于一竖向平面上。孔隙水压力传感器33布设在实验箱体10底部靠近排水通道13部位处。各位移传感器31、应变式土压力盒32和孔隙水压力传感器33传感器都通过信号传输线连接外接信号接收装置。
[0017]图1中示出了一种具体布设方式，10个位移传感器31、4个应变式土压力盒32、I个孔隙水压力传感器33均位于同一竖向平面上。其中，10个位移传感器31分三层横向等距离排布在土体层中，第一层放置5个，位于土体层表面；第二层放置4个，位于土体层表面下40cm处;第三层放置I个，位于土体层表面下65cm处，拱形结构12正上方。4个应变式土压力盒32也分三层排布在土体中，第一个放置在土体层表面下25cm所在平面的中心处;第二个放置在第一个正下方，距离第一个32cm;最后两个对称分布在拱形结构12两侧，距离土体表面87cm。具体布置如图1所示。传感器都通过信号传输线连接外接信号接收装置。
[0018]本实用新型的隧道工程环境地层空洞变形模拟装置的实验准备过程如下:
[0019]1、检查实验箱体10及各连接部位完整性，关闭所有排水通道13的排水阀，关闭砂体容器20底盖，放置砂体塑形杯21;
[0020]2、根据实验项目，将提前配置好的岩土体分层填入箱体；
[0021 ] 3、岩土体填平至拱形结构12拱顶，开始往砂体容器20中填入细沙，并用砂体塑形杯21固定砂体形状，待填土到砂体塑形杯21顶部时取出砂体塑形杯21，细沙大小形状为模拟空洞的大小形状，可根据需要进行调整；
[0022]4、待土体填到相应高度时，放置相应试验传感器；
[0023]5、将所有传感器线路连接信号接收装置，调试装置。
[0024]试验过程如下:
[0025]1、调试整套装置，检查线路是否都正常连接；
[0026]2、打开所有排水通道13的排水阀，用洒水器在实验箱体10内填土层表面均匀洒水，直至排水阀中有水渗出一段时间。在此之后，每隔一段时间进行洒水一次。间隔时间及洒水时间根据地层及实验要求进行调整，模拟自然状态下的砂卵石固结过程；
[0027]3、待填土层达到预设固结状态，开始变形实验；
[0028]4、打开信号接收装置，开始持续读取数据直至实验结束；
[0029 ] 5、打开砂体容器20的底盖，掏出其中模拟空洞的砂体，制造地层中空洞，并对所掏出的砂体进行体积量测；
[0030]6、观察地层变形及传感器数据变化，直至空洞发生塌陷；
[0031]7、继续观察地层变形，并对传感器数据进行监测，直至系统稳定。
[0032]以上所述只是用图解说明本实用新型隧道工程环境地层空洞变形模拟装置的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。
【主权项】
1.隧道工程环境地层空洞变形模拟装置，包括实验箱体(10)和试验传感器，其特征是:所述实验箱体(10)具有上端开口，其前侧壁为透明面板(11)，底壁中部为一沿宽度方向延伸的拱形结构(12)，实验箱体(10)两侧底部设置有可关闭的排水通道(13);所述拱形结构(12)的中央部位固定设置有上端口与实验箱体(10)内部空间相通的柱状砂体容器(20)，该砂体容器(20)的下端口设置有可开启的底盖。2.如权利要求1所述的隧道工程环境地层空洞变形模拟装置其特征是:所述砂体容器(20)的上部配置有砂体塑形杯(21)。3.如权利要求1所述的隧道工程环境地层空洞变形模拟装置，其特征是:所述试验传感器包括位移传感器(31)、应变式土压力盒(32)和孔隙水压力传感器(33)，位移传感器(31)、应变式土压力盒(32)在实验箱体(10)内填土层内分层布设，孔隙水压力传感器(33)布设在实验箱体(1)底部靠近排水通道(13)部位处。
【文档编号】G09B23/40GK205428345SQ201521046673
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】罗世培, 巫锡勇, 林刚, 赵思远, 郭俊, 廖昕, 朱宏海, 王森, 杨征, 牟迪, 冯亮, 宋同伟, 刘观龙, 陶星, 李涛
【申请人】中铁二院工程集团有限责任公司, 西南交通大学