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原文传递一种含气土盾构模型实验系统及实验方法

专利名称：	一种含气土盾构模型实验系统及实验方法
摘要：	本发明公开了一种含气土盾构模型实验系统及实验方法。模型箱体，内填充砂土，并设有盾构土体损失模拟系统、盾构机及隧道模型系统、激光测距监测系统，进行含气土模型实验；盾构机及隧道模型系统，在模型箱体内模拟盾构掘进过程实时调控掘进速度及掘进深度；盾构土体损失模拟系统，接到盾构机及隧道模型系统上，控制水囊体积实现模拟盾构掘进土体的损失；激光测距监测系统，监测模型箱体土层地表沉降并分析处理。本发明解决含气土中开挖以及沉降规律的问题，能够进行无含气土模型实验的问题，采用无接触式测量减少了实验中测量工具对实验的影响，实现更加精准高效的测量实验中的沉降量，不会对土层地表形状造成破坏等问题，更加贴近真实工况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙大城市学院
发明人：	丁智;许教明;尹鑫晟;梁禄矩
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-09T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-04T00:00:00+0800
申请号：	CN202111319976.1
公开号：	CN114137181A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	林超
分类号：	G01N33/24;G;G01;G01N;G01N33;G01N33/24
申请人地址：	310015 浙江省杭州市拱墅区湖州街51号
主权项：	1.一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于，所述含气土盾构模型实验系统包括：模型箱体(1)，所述模型箱体(1)内填充砂土，并设置有盾构土体损失模拟系统、盾构机及隧道模型系统、激光测距监测系统，用于进行含气土模型实验；盾构机及隧道模型系统，用于在模型箱体(1)内模拟盾构掘进过程，并且实时调控掘进速度及掘进深度；盾构土体损失模拟系统，连接到盾构机及隧道模型系统上，通过控制水囊的体积实现模拟盾构掘进过程中土体的损失；激光测距监测系统，用于监测模型箱体(1)土层地表沉降，并对地表沉降监测情况进行分析处理。 2.根据权利要求1所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：所述盾构机及隧道模型系统包括盾构及隧道模型(11)、液压卷扬机(8)和传动轴(9)，盾构及隧道模型(11)通过盾构模型固定底座(10)固定于模型箱体(1)内底部，液压卷扬机(8)、传动轴(9)布置在模型箱体(1)外，盾构及隧道模型(11)均布置在模型箱体(1)内；盾构及隧道模型(11)包括活塞(4a)、螺杆(4a)、盾构模型隧道(4a)，液压卷扬机(8)的输出轴和传动轴(9)一端同步连接，传动轴(9)另一端伸入到模型箱体(1)内和螺杆(4a)的一端通过螺纹同轴套装连接，螺杆(4a)的另一端经卡口(4a)和盾构模型隧道(4a)内的活塞(4a)铰接。 3.根据权利要求2所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：所述的盾构模型隧道(4a)为半圆柱体结构，活塞(4a)为半圆片结构。 4.根据权利要求2所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：所述盾构土体损失模拟系统包括若干水袋(4)、水管(5)、抽水机(6)、排水管(7)，盾构模型隧道(4a)外圆周面上布置有若干水袋(4)，抽水机(6)布置在模型箱体(1)外，水袋(4)经水管(5)和抽水机(6)的进水口连接，抽水机(6)的出水口连接排水管(7)。 5.根据权利要求2所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：还包括气囊模拟系统，所述气囊模拟系统包括含气气囊(12)、气管(13)、气阀(14)、抽气机(15)和排气管(16)，气囊(12)预先埋设在模型箱体(1)的砂土中，气囊(12)经气管(13)、气阀(14)后和模型箱体(1)外部的抽气机(15)的进气口连接，抽气机(15)出气口经排气管(16)连接大气。 6.根据权利要求1所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：所述含气土盾构模型实验系统还包括若干TDR探头(17)、TDR数据传输线(18)、TDR数据采集仪(19)，所述若干TDR探头(17)置于模型箱体(1)的砂土中，每个TDR探头(17)经TDR数据传输线(18)和模型箱体(1)外的TDR数据采集仪(19)的数据接口连接。 7.根据权利要求1所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：所述激光测距监测系统包括若干激光位移传感器(3)、激光位移传感器固定钢架(2)、激光位移传感器数据传输线(20)、激光位移传感器数据采集仪(21)；若干激光位移传感器(3)固定在所述激光位移传感器固定钢架(2)上，激光位移传感器固定钢架(2)布置在模型箱体(1)上端，激光位移传感器(3)均朝下探测，激光位移传感器(3)通过激光位移传感器数据传输线(20)与模型箱体(1)外的激光位移传感器数据采集仪(21)连接，激光位移传感器数据采集仪(21)与计算机相连。 8.根据权利要求7所述的一种含气土盾构模型实验系统，其特征在于：所述的盾构模型隧道(4a)一端贴近模型箱体(1)内壁，另一端作为盾构隧道模型开挖面，在盾构模型隧道出口上方布置多个激光位移传感器(3)，在气囊模拟系统中的气囊(12)上方布置至少一个激光位移传感器(3)。 9.一种应用权利要求1-8任一所述含气土盾构模型实验系统的实验方法，其特征在于，方法包括如下步骤： 1)在模型箱体(1)放入盾构及隧道模型(11)后，向模型箱体(1)注入干砂到一定位置，布置好若干TDR探头(17)和含气气囊(12)，当干砂达到设定高度后，停止注砂，以模拟原位囊块状含气土的土层深度； 2)气囊模拟系统中的抽气机(15)不工作，气囊(12)保持膨胀状态，然后：盾构机及隧道模型系统中通过通过液压卷扬机(8)带动传动轴(9)转动进而带动活塞(4a)在盾构模型隧道(4a)中轴向往复移动，实现盾构模型中的活塞前进或后退，对盾构开挖面前方的土体发生完全破坏；同时，盾构土体损失模拟系统中，抽水机(6)工作对水袋(4)抽水，水袋(4)按照固定速率外排水来实现盾构掘进的模拟；从活塞(4a)移动开始，通过含气土盾构模型实验系统的TDR探头(17)实时探测含水率变化，通过激光测距监测系统的激光位移传感器(3)探测土体沉降变化； 3)气囊模拟系统中的抽气机(15)工作，对气囊(12)抽气，使得气囊(12)被抽完气释放，然后：盾构机及隧道模型系统中通过通过液压卷扬机(8)带动传动轴(9)转动进而带动活塞(4a)在盾构模型隧道(4a)中轴向往复移动，实现盾构模型中的活塞前进或后退，对盾构开挖面前方的土体发生完全破坏；同时，盾构土体损失模拟系统中，抽水机(6)工作对水袋(4)抽水，水袋(4)按照固定速率外排水来实现盾构掘进的模拟；从活塞(4a)移动开始，通过含气土盾构模型实验系统的TDR探头(17)实时探测含水率变化，通过激光测距监测系统的激光位移传感器(3)探测土体沉降变化。
所属类别：	发明专利