一种可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置

本发明涉及隧道开挖模型试验的，特别是涉及一种可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置。

背景技术：

1、随着城市地下空间的不断发展，隧道建设规模不断扩大，建设过程中存在各种各样的工程难题，土工模型试验是研究隧道工程问题的重要方法。

2、土工模型试验中常用排液法模拟隧道开挖引起的地层损失，但是由于液囊在地应力作用下会发生变形，导致隧道围岩的变形模式发生改变，与实际工程中的围岩变形模式不符，容易产生较大试验误差。且目前使用的隧道开挖模拟方法往往仅能模拟隧道开挖引起的地层损失，不能用于研究在饱和地层进行盾构隧道开挖引起的流固耦合效应。因此，亟需设置一种可以模拟流固耦合效应的隧道开挖模拟试验装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使隧道开挖试验装置能够模拟流固耦合作用对地层的影响，减小试验误差。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供了一种可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，包括模型隧道、开挖环组件和可变径支撑组件，所述模型隧道上均布有渗流孔，所述模型隧道内共轴线设置有至少一组所述开挖环组件和所述可变径支撑组件，所述开挖环组件的圆周面上设置有过流孔，所述开挖环组件和所述可变径支撑组件能够支撑于所述模型隧道的内壁上且能够拆卸。

4、优选的，所述模型隧道的一端敞口设置、另一端卡接或者螺纹连接有一盖板，所述盖板上均布有所述渗流孔。

5、优选的，所述渗流孔内设置有滤网，或者所述模型隧道的外部包裹有滤网，所述滤网的孔径小于试验用土的最小粒径；所述模型隧道设置有不同的厚度规格。

6、优选的，所述可变径支撑组件包括中部变径件、支撑杆和弧形支撑件，所述支撑杆的外端插接有弧形支撑件、内端与所述中部变径件相抵触，所述支撑杆和所述弧形支撑件沿所述模型隧道的周向均布有若干个，所述支撑杆能够沿所述模型隧道的径向移动。

7、优选的，所述中部变径件包括支撑端盖、固定环和楔形块，所述固定环的一端连接有所述支撑端盖，所述支撑端盖通过调节螺栓与所述楔形块的小端面连接，所述固定环的外壁上均布有若干个插接孔，所述支撑杆贯穿所述插接孔与所述楔形块的侧壁相抵触，所述楔形块的侧壁为若干个倾斜面拼接而成，使所述楔形块形成一个大端面和一个小端面。

8、优选的，所述插接孔上设置有导向套，所述支撑杆插接于所述导向套内。

9、优选的，所述模型隧道的材质包括树脂、不锈钢。

10、优选的，所述模型隧道的成型方式包括3d打印或者一体成型。

11、优选的，所述开挖环组件包括开挖环、开挖前面板和开挖后面板，所述开挖环的一端可拆卸连接有所述开挖前面板、另一端设置有所述开挖后面板，所述开挖环的直径小于所述模型隧道的直径。

12、优选的，所述开挖前面板为圆周上均布有若干个扇形孔的板件，所述扇形孔用于模拟盾构机刀盘开孔率，所述开挖后面板上均布有镂空孔。

13、优选的，所述开挖环组件和所述可变径支撑组件间隔有若干组，且所述模型隧道的两端均为所述可变径支撑组件。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明的可模拟流固耦合效应的隧道开挖试验装置，结构简单，实用性好，一方面克服了排液法模拟隧道开挖引起地层损失的缺点，另一方面可以模拟隧道开挖引起的地下水渗流作用对地层的影响。

技术特征：

1.一种可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：包括模型隧道、开挖环组件和可变径支撑组件，所述模型隧道上均布有渗流孔，所述模型隧道内共轴线设置有至少一组所述开挖环组件和所述可变径支撑组件，所述开挖环组件的圆周面上设置有过流孔，所述开挖环组件和所述可变径支撑组件能够支撑于所述模型隧道的内壁上且能够拆卸。

2.根据权利要求1所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述模型隧道的一端敞口设置、另一端卡接或者螺纹连接有一盖板，所述盖板上均布有所述渗流孔。

3.根据权利要求2所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述渗流孔内设置有滤网，或者所述模型隧道的外部包裹有滤网，所述滤网的网眼孔径小于试验用土的最小粒径；所述模型隧道设置有不同的厚度规格。

4.根据权利要求1所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述可变径支撑组件包括中部变径件、支撑杆和弧形支撑件，所述支撑杆的外端插接有弧形支撑件、内端与所述中部变径件相抵触，所述支撑杆和所述弧形支撑件沿所述模型隧道的周向均布有若干个，所述支撑杆能够沿所述模型隧道的径向移动。

5.根据权利要求4所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述中部变径件包括支撑端盖、固定环和楔形块，所述固定环的一端连接有所述支撑端盖，所述支撑端盖通过调节螺栓与所述楔形块的小端面连接，所述固定环的外壁上均布有若干个插接孔，所述支撑杆贯穿所述插接孔与所述楔形块的侧壁相抵触，所述楔形块的侧壁为若干个倾斜面拼接而成，使所述楔形块形成一个大端面和一个小端面。

6.根据权利要求5所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述插接孔上设置有导向套，所述支撑杆插接于所述导向套内。

7.根据权利要求1所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述模型隧道的材质包括树脂、不锈钢；所述模型隧道的成型方式包括3d打印或者一体成型。

8.根据权利要求1所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述开挖环组件包括开挖环、开挖前面板和开挖后面板，所述开挖环的一端可拆卸连接有所述开挖前面板、另一端设置有所述开挖后面板，所述开挖环的直径小于所述模型隧道的直径。

9.根据权利要求8所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述开挖前面板为圆周上均布有若干个扇形孔的板件，所述扇形孔用于模拟盾构机刀盘开孔率，所述开挖后面板上均布有镂空孔。

10.根据权利要求1所述的可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，其特征在于：所述开挖环组件和所述可变径支撑组件间隔有若干组，且所述模型隧道的两端均为所述可变径支撑组件。

技术总结
本发明公开了一种可模拟流固耦合作用的隧道开挖试验装置，涉及隧道开挖模型试验的技术领域，包括模型隧道、开挖环组件和可变径支撑组件，模型隧道上均布有渗流孔，模型隧道内共轴线设置有开挖环组件和至少一组可变径支撑组件，开挖环组件的圆周面上设置有过流孔，开挖环组件和可变径支撑组件能够支撑于模型隧道的内壁上且能够拆卸。本发明的可模拟流固耦合效应的隧道开挖试验装置，结构简单，实用性好，一方面克服了排液法模拟隧道开挖引起地层损失的缺点，另一方面可以模拟隧道开挖引起的地下水渗流作用对地层的影响。

技术研发人员：潘玉强,苏洁,牛晓凯,宋伟,杨冰倩,孙晓宇
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25