一种小型TBM隧道涌水模型试验模型箱的制作方法

本发明涉及一种测量试验装置，尤其是涉及一种小型TBM隧道涌水模型试验模型箱。

背景技术：

自20世纪90年代以来，全断面岩石掘进机(以下简称“TBM”)在我国水利、交通领域得到了广泛应用。其中穿越软弱破碎区TBM掘进隧道的涌水灾害已成为隧道施工过程中的主要地质灾害之一，利用大型准平面应变模型试验台架开展复合地层TBM穿越软弱破碎区的渗流涌水模拟技术研究，具有重要的理论意义和实用价值。

现有相似的用于隧道开挖试验的模型箱具有很多，设计原理与此有相同之处，同样具有有机玻璃面，可用于观察，但是其四侧均为刚性材料，例如玻璃板，钢板等，大多数只能用于竖向加载，对于侧向加载则无法实现，其他试验模型箱由于对防水性能要求不高，因此防水措施并没有做太多处理，面与面之间只是简单的接触或闭合，未设置防水圈，防水性能不好。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种侧向加压、防水密封、结构简单、便于观察的小型TBM隧道涌水模型试验模型箱。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种小型TBM隧道涌水模型试验模型箱，用于模拟TBM掘进机在隧道掘进过程中无水条件及富水条件下的围岩状态，该实验模型箱为一矩形箱体，包括有机玻璃面板、有机塑料背板、两个薄膜侧面、固定钢底板和可移动刚顶板，所述的有机玻璃面板上设有一可拆卸的圆形玻璃板，所述的可移动刚顶板上并排设有土压力传感器进出口、水压力传感器进出口和水管进出口。

所述的有机玻璃面板为一无色透明的矩形有机玻璃板。

所述的圆形玻璃板的直径为100mm-200mm。

所述的可移动刚顶板的侧面设有多层防水橡胶圈。

所述的有机玻璃面板上划设格栅线。

所述的试验模型箱中填设试验土体，并在试验土体埋设土压力传感器和水压力传感器。

所述的薄膜侧面为低密度聚乙烯土工膜，其厚度为2-5mm，拉伸强度大于3Mpa，具有一定的强度及良好的防水性能。

该试验模型箱还包括与机玻璃面板相对设置的摄像机，所述的摄像机与试验PC机连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、试验方便：本发明提供了一种模拟TBM掘进机在无水条件及富水条件下掘进模型试验中的模型箱，能够有效的模拟TBM掘进机在隧道掘进过程中无水条件及富水条件下的围岩状态，并且本模型箱不仅能够打开顶板较好地传递竖向，还能通过高强度薄膜面施加侧向压力，并且在顶板侧面设置密封圈，具有很好的密闭性和可视化效果，以此探究TBM隧道开挖过程中涌水过程，分析其机理及影响因素。

二、结构简单：本发明仅由六块板件组成，拆卸方便。

三、便于观察：本发明的有机玻璃面板为无色透明的玻璃板，能够直接观察试验土体的变化，其上还设有格栅线，并配套摄像机，便于对比记录。

附图说明

图1为本发明实施例的小型TBM隧道涌水模型试验箱结构示意图。

图2为本发明实施例的小型TBM隧道涌水模型试验箱可移动刚顶板的细部结构示意图。

其中：1、有机玻璃面板，2、圆形玻璃板，3、薄膜侧面，4、有机塑料背板，5、可移动刚顶板，6、防水橡胶圈，7、土压力传感器进出口，8、水压力传感器进出口，9、水管进出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1和2所示，该模型箱是放置在加载平台上用于模型试验的，加载设备可以提供侧向荷载及竖向荷载，该模型箱共六个面，一面矩形有机玻璃面板1，一面矩形有机塑料背板4，两面矩形薄膜侧面3，一面矩形可移动刚顶板5，一面矩形固定钢板10以及有机玻璃面板1内一个可拆卸的圆形玻璃板2。模型箱正面的有机玻璃面板1为透明的有机玻璃，可便于正面观察隧道掘进过程中隧道及围岩的位移变形状态，在正面正前方位置放置观测装置来记录试验过程中的变化，模型箱侧面为高强度薄膜面，可便于侧面压力的施加，可移动刚顶板为可拆卸钢板，可便于竖向压力的施加，上面的预留孔，分别为土压力传感器进出口7、水压力传感器进出口8和水管进出口9，便于传感器的布设及水管的进出，该模型箱通过加入模型土及提前埋设的压力传感器可以用于模拟探测TBM掘进机在隧道掘进过程中无水条件及富水条件下的围岩状态。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。