一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置

1.本实用新型涉及隧道工程专业应用研究技术领域，具体地讲是一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置；适用于室内模拟在不同受力情况下交叉角度与间距不同的盾构隧道变形情况。


背景技术：

2.随着盾构隧道的快速发展，各类近接工程所遇到的难题越来越突出。近接盾构隧道引起的地层效应和结构的力学行为十分复杂，相互间影响显著时，会对隧道结构以及围岩稳定产生破坏，因此，对其进行附加应力、变形监测并进行分析研究显得尤为重要，目前，对于多角度多间距类型近接施工工程的测试相对较少，无法实现指导实际工程施工，并且现场实测不能观测到土体内部连续的位移场，存在着地层复杂、试验器件埋设困难等问题，局限性大，因此，开发一种模拟近接盾构隧道之间相互作用的透明土模型室内试验装置显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述已有技术存在的不足，而提供一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置。
4.本实用新型提供的技术方案是：一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，其特殊之处在于，由有机玻璃模型箱、上模拟盾构隧道、下模拟盾构隧道、片光激光器、两台工业相机、压力加载板、传力杆和传压板组成；
5.所述的有机玻璃模型箱为整体矩形箱体，箱体前后左右四面都标有刻度尺，箱体上端敞口，箱体内部填满透明土；所述的上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道分别上下置于箱体内部，并被透明土包围；所述的片光激光器置于有机玻璃模型箱外箱体前侧；所述的两台工业相机分别置于有机玻璃模型箱外箱体后侧和箱体右侧；所述的压力加载板上端与实验室压力机连接，下端通过传力杆与传压板连接；所述的传压板位于有机玻璃模型箱正上方，通过箱体上端敞口在有机玻璃模型箱内外上下移动。
6.优选地，所述的上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道分别为整体模型，内部中空。
7.优选地，所述的传压板与有机玻璃模型箱上端侧长宽一致。
8.本实用新型的有益效果：
9.1、能够通过盾构隧道模型被透明土包围于有机玻璃模型箱中来模拟在不同荷载下近接隧道相互作用的性态变化，可以直观地观测到土体内部连续的位移场、结构受力的性态变化；
10.2、通过布置不同角度不同间距近接盾构隧道，来模拟多种工况；
11.3、能够通过piv技术，对在不同荷载下多角度多间距的近接盾构隧道性态变化、周围位移场变化的可视化，可更直观的研究近接隧道之间相互影响规律；
12.4、可以基于规模较小的室内模型试验，初步论证合理的近接盾构隧道上下立体交
叉形态，有助于指导实际工程施工。
附图说明
13.图1是本实用新型的结构示意图；
14.图2是本实用新型的结构正视图。
15.图中：1有机玻璃模型箱，2上模拟盾构隧道，3下模拟盾构隧道，4片光激光器，5工业相机，6压力加载板，7传力杆，8传压板，9刻度尺。
具体实施方式
16.为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本实用新型。
17.如图1、2所示，一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，由有机玻璃模型箱1、上模拟盾构隧道2、下模拟盾构隧道3、片光激光器4、两台工业相机5、压力加载板6、传力杆7和传压板8组成；
18.有机玻璃模型箱1为整体矩形箱体，由具有一定厚度的有机玻璃制成，箱体前后左右四个侧面都标有刻度尺9，上端敞口，箱体内部填满透明土；上模拟盾构隧道2和下模拟盾构隧道3采用与施工盾构隧道相似弹性材料制作的整体模型，内部中空，上模拟盾构隧道2和下模拟盾构隧道3分别上下置于箱体内部，并被透明土包围；片光激光器4置于有机玻璃模型箱1外箱体前侧；两台工业相机5分别置于有机玻璃模型箱1外箱体后侧和箱体右侧；压力加载板6上端与实验室压力机连接，下端通过传力杆7与传压板8连接；传压板8位于有机玻璃模型箱1正上方，传压板8与有机玻璃模型箱1上端敞口长宽一致，通过箱体上端敞口在有机玻璃模型箱1内外上下移动。
19.本实用新型的一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置的试验方法，用以模拟在不同荷载下多角度多间距盾构隧道结构之间在土体中的相互作用，包括以下步骤：
20.1)按照实验要求的下模拟盾构隧道3所置高度，向有机玻璃模型箱1内填筑透明土，通过对标刻度尺9，到达要求高度后，放置下模拟盾构隧道3，根据上下模拟盾构隧道之间要求的间距，对标刻度尺9，继续填筑透明土至要求高度后，再按照上下模拟盾构隧道之间实验要求的角度，放置上模拟盾构隧道2，继续填筑透明土至于上端敞口高度；
21.2)将片光激光器4和两个工业相机5架设到相应位置，并调整好高度和角度；
22.3)开启片光激光器4，照射土体获得散斑场；
23.4)待模型箱静置一段时间后，根据实验要求的压力，利用实验室压力机进行加载；下压过程，使用两台工业相机5，持续地采集两个盾构隧道横向和纵向周围土体散斑场的变化图像，到达要求荷载后，继续采集，直到图像不再变化；
24.5)保存图片，关闭并整理实验器材；
25.6)使用piv粒子图像测速软件处理试验图像，得到多角度多间距的近接盾构隧道在不同受力情况下的周围土体水平和竖向位移变化和盾构隧道受力的性态变化和互相影响规律。
26.应当理解的是，本说明书未详细阐述的技术特征都属于现有技术。尽管上面结合附图对本实用新型专利的实施方式进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述具体的实
施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员均可以在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出更多的形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，其特征在于，由有机玻璃模型箱（1）、上模拟盾构隧道（2）、下模拟盾构隧道（3）、片光激光器（4）、两台工业相机（5）、压力加载板（6）、传力杆（7）和传压板（8）组成；所述的有机玻璃模型箱（1）为整体矩形箱体，箱体前后左右四面都标有刻度尺（9），箱体上端敞口，箱体内部填满透明土；所述的上模拟盾构隧道（2）和下模拟盾构隧道（3）分别上下置于箱体内部，并被透明土包围；所述的片光激光器（4）置于有机玻璃模型箱（1）外箱体前侧；所述的两台工业相机（5）分别置于有机玻璃模型箱（1）外箱体后侧和箱体右侧；所述的压力加载板（6）上端与实验室压力机连接，下端通过传力杆（7）与传压板（8）连接；所述的传压板（8）位于有机玻璃模型箱（1）正上方，通过箱体上端敞口在有机玻璃模型箱（1）内外上下移动。2.根据权利要求1所述的一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，其特征在于，所述的上模拟盾构隧道（2）和下模拟盾构隧道（3）分别为整体模型，内部中空。3.根据权利要求1所述的一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，其特征在于，所述的传压板（8）与有机玻璃模型箱（1）上端侧长宽一致。

技术总结
本实用新型公开了一种模拟近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，其特点是，该装置由有机玻璃模型箱、模拟盾构隧道、片光激光器、工业相机、压力加载板、传力杆和传压板组成；通过模拟多角度多间距的近接盾构隧道的透明土模型室内试验装置，结合盾构隧道近接施工实际问题，通过模拟近接盾构隧道，对其进行附加应力，结合监测系统，实现了室内条件下的自动化监测和多工况转换等功能，可以直观地观测到土体内部连续的位移场、结构受力的性态变化，对实际施工起到一定的指导意义。实际施工起到一定的指导意义。实际施工起到一定的指导意义。


技术研发人员：张家铭 宋克志 于洋 王开霖 陈泽乾 龚文豪 刘广磊 韩钰浩 赵杰 苏华 徐继乾 朱志腾 江源 骆俊浩 张佳乐 董传真 黄腾 庄肃坤
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/5/25