详情

原文传递用于海相软土地层隧道施工过程模型试验的装置和方法

专利名称：	用于海相软土地层隧道施工过程模型试验的装置和方法
摘要：	本发明涉及地下工程技术领域，尤其是提供了用于海相软土地层隧道施工过程模型试验的装置和方法。该装置包括试验箱、隧道开挖始发板、电缆线、试验控制系统、电动液压千斤顶、反力支架、水位管、集水箱、导水管、位移示踪器、土压力传感器、孔压力传感器、电动油泵、水泵、油管，该装置制作成本低、操作简单，适用于隧道施工过程力学模型试验、地下硐室施工过程力学模型试验等海相软土地层中地下工程模型试验研究之中，能够满足科研分析要求，有效地模拟了海水水位改变引起孔隙水压力动态变化以及隧道结构的基本应力应变状态，为相关地下工程模型试验结果的准确性提供保障。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东大学
发明人：	武科;刘大鹏;许文彬;刘亚军;窦中宇;刘振华
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-18T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311044509.1
公开号：	CN117030483A
代理机构：	济南格源知识产权代理有限公司
代理人：	张蕾
分类号：	G01N3/12;G01N3/02;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/12;G01N3/02;G01N3/06
申请人地址：	250061 山东省济南市历下区经十路17922号山东大学千佛山校区土建与水利学院
主权项：	1.一种用于海相软土地层隧道施工过程模型试验的装置，其特征在于，所述装置形状为长方体；所述装置包括：试验箱（1）、隧道开挖始发板（2）、电缆线（4）、试验控制系统（5）、电动液压千斤顶（6）、反力支架（7）、水位管（8）、集水箱（9）、导水管（10）、位移示踪器（12）、土压力传感器（13）、孔压力传感器（14）、电动油泵（16）、水泵（17）、油管（18），其中试验控制系统（5）为数据采集与分析系统；隧道开挖始发板（2）设置于试验箱（1）的前侧挡板上，在隧道开挖始发板（2）上对隧道（3）进行挖掘；试验箱（1）的底部填充碎石垫层（15），集水箱（9）设置于试验箱（1）的底部位置，通过导水管（10）与试验箱（1）连接，试验控制系统（5）控制水泵（17）向集水箱（9）内注水，水位管（8）用于监测试验箱（1）中水位位置；位移示踪器（12）、土压力传感器（13）和孔压力传感器（14）用于采集填充材料（11）的应力应变数据，试验控制系统（5）通过电缆线（4）获取应力应变数据；反力支架（7）设置于试验箱（1）的内部，位于试验箱（1）的前部、后部、左部、右部、上部五个方向上，每个方向上的反力支架（7）的不同位置安装有电动液压千斤顶（6）；试验控制系统（5）调整电动油泵（16）的参数，电动油泵（16）通过油管（18）调整电动液压千斤顶（6）的荷载值，电动液压千斤顶（6）对试验箱（1）内的填充（11）施加压力，以在所述试验箱（1）内进行隧道施工过程模型试验。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电动液压千斤顶（6）为同步千斤顶，由电动油泵（16）为每个电动液压千斤顶（6）提供动力；所述电动液压千斤顶（6）的高度为450mm，油缸外径为69mm，油缸内径为50.8mm，鞍座直径为38mm，重量为11.8kg，有效行程为350mm，有效面积为20.3mm2，伸展高度为80.3mm。 3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的长、宽和高的尺寸分别为2m、2m、2.5m；所述试验箱（1）的长、宽和高的尺寸分别为1.5m、1.5m、2m，在试验箱1的前侧挡板预留隧道开挖口；所述集水箱（9）的长、宽和高的尺寸分别为2 m、2 m、0.5m。 4.一种用于海相软土地层隧道施工过程模型试验的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1的用于海相软土地层隧道施工过程模型试验的装置实现，所述方法包括以下步骤：步骤一、在试验箱（1）上的隧道开挖始发板（2）选择隧道（3）的形式，进行人工隧道（3）的开挖，每次开挖深度为20cm，开挖完成后用石膏作为支护结构，支护隧道（3）；步骤二、在步骤一隧道（3）的开挖施工过程中，通过试验控制系统（5）调整水泵（17）向集水箱（9）内注入的注水量，以动态调整导水管（10）的水流量和水位高度，进行孔隙水压力的动态变化模拟；步骤三、在步骤二中完成孔隙水压力的动态变化模拟，通过试验控制系统（5）调整电动油泵（16）的参数，电动油泵（16）根据调整后的参数动态调整试验箱（1）内反力支架（7）上的不同位置的电动液压千斤顶（6）的荷载值，以进行外部荷载的动态变化模拟；步骤四、由步骤三完成外部荷载的动态变化模拟后，通过预埋的不同位置处的位移示踪器（12）、土压力传感器（13）和孔压力传感器（14）采集填充材料（11）的应力应变数据，并通过电缆线（4）将应力应变数据传输给试验控制系统（5），进行储存和分析；步骤五、迭代步骤二至步骤四，不断采集填充材料（11）的应力应变数据，并对应力应变数据进行储存和分析，以测量隧道施工引起的围岩应力应变状态。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤一之前还包括以下步骤： S1、根据试验要求，制作模型试验所需的填充材料（11）；在试验箱（1）的底部填充碎石垫层（15），其厚度为30cm；压实后在碎石垫层（15）的上部填筑填充材料（11），分层填筑，逐层压实，其中，每层填筑厚度为10cm； S2、在步骤S1填筑填充材料（11）的过程中，按照模型试验设计要求，在试验设计位置埋深位移示踪器（12）、土压力传感器（13）、孔压力传感器（14）；填筑完成后做好模型边缝的密封； S3、由步骤S2做好模型边缝的密封后，试验控制系统（5）通过电缆线（4）向水泵（17）发出指令，以供水泵（17）向集水箱（9）内注水；集水箱（9）内水流顺着导水管（10）上预留口流入试验箱（1）中的填充材料（11）之中，通过水位管（8）确定试验箱（1）中水位位置；按照模型试验所需设定不同地下水位，静止72小时； S4、由步骤S3完成静止后，试验控制系统（5）通过电缆线（4）调控电动油泵（16）的参数，电动油泵（16）通过油管（18）调整试验箱（1）内反力支架（7）上的电动液压千斤顶（6），对试验箱（1）中的填充材料（11）施加荷载作用。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，试验箱（1）内反力支架（7）的上部方向的电动液压千斤顶（6）所施加的荷载模拟自重与上部既有结构物荷载，试验箱（1）内反力支架（7）的前部、后部、左部和右部四个方向上的电动液压千斤顶（6）所施加的荷载模拟水平侧压力，其中水平侧压力系数为0.5，满足模拟隧道周边环境荷载的要求，保持加载状态72小时。
所属类别：	发明专利