穿越岩溶地层的隧道实验系统的利记博彩app

本实用新型涉及一种穿越岩溶地层的隧道实验系统。

背景技术：

随着公路及铁路隧道的大量兴建，隧道不可避免的穿越岩溶地层，我国地形地貌复杂，溶腔分布也极其复杂且难以探测，对隧道建设安全造成极大危害，如果隧道在设计与施工中探测不清，处治不当，穿越溶腔时必然给施工带来一定的困难，增加施工风险和处治成本。溶腔的存在不仅使得周围岩土体松散而破碎，还使得围岩承载力降低，引起隧道不均匀沉降，造成隧道衬砌结构的变形和开裂，同时，溶腔中水的存在也对隧道的施工造成重大的安全隐患。目前主要是通过数值试验与监控量测的手段来研究隧道穿岩溶地层的稳定性，而通过室内试验来研究的较少，因此，深入研究穿越岩溶地层的隧道实验系统具有十分重要的意义。

通过对现有的技术文献检索发现，在仅有的隧道开挖模型试验中，针对溶腔的模拟直接采用空洞模拟，并没有考虑水存在的静水压力及动水压力对隧道的影响。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种穿越岩溶地层的隧道实验系统，该实验系统能够模拟不同水压条件下溶腔对隧道的影响。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种穿越岩溶地层的隧道实验系统，包括箱体、模拟围岩层、支护构件、溶腔模拟装置、施力装置和检测装置，所述模拟围岩层填充于箱体内，所述支护构件呈环状并位于模拟围岩层内，所述溶腔模拟装置包括水袋和水压装置，所述水袋位于箱体内并对应在支护构件外，所述水压装置为水袋供水并调节水袋内的水压，所述施力装置位于箱体外对箱体施加压力，所述检测装置安装在支护构件的外壁上以测量支护构件的位移和压力。

进一步地，所述水压装置包括水箱、水泵、进水管、回水管、水压计和调压阀，所述水箱位于箱体外，所述水泵通过进水管将水箱内的水输送至水袋内，所述水袋中的水通过回水管回流至水箱，所述水压计测量水袋内的水压，所述调压阀位于进水管上以调节水袋内的水压。

进一步地，所述所述水袋内设有对其进行支撑的骨架。

进一步地，所述检测装置包括差动式位移传感器和应变式土压力盒，所述应变式土压力盒周向均布在支护构件的外圈上，所述差动式位移传感器与应变式土压力盒对应，并安装在应变式土压力盒上。

进一步地，所述支护构件包括混凝土圈和周向均布与混凝土圈内的筋骨。

进一步地，所述箱体前后两端分别通过斜撑和混凝土层进行约束。

进一步地，所述施力装置包括千斤顶和反力梁，所述千斤顶对箱体顶部施加压力，所述反力梁位于千斤顶上方以承受千斤顶的反力。

进一步地，所述模拟围岩层由河砂、石英砂、粉煤灰和机油制成，通过直剪试验、单向压缩试验、三轴压缩试验和密度试验获得真实围岩的物理力学参数，根据真实围岩的物理力学参数调节河砂、石英砂、粉煤灰和机油配比。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的穿越岩溶地层的隧道实验系统，通过溶腔模拟装置，模拟不同水压条件下溶腔对隧道的影响；

2、本实用新型的穿越岩溶地层的隧道实验系统，模拟动水水压，并且能实现水的循环利用；

3、本实用新型的穿越岩溶地层的隧道实验系统，通过箱体前后两端约束可以有效的消除模型隧道开挖边界效应；

4、本实用新型的穿越岩溶地层的隧道实验系统，可以模拟隧道开挖支护的施工过程，从而真实的模拟隧道的受力状态。

附图说明

图1为本实用新型穿越岩溶地层的隧道实验系统的正视示意图；

图2为本实用新型穿越岩溶地层的隧道实验系统的侧视示意图；

图3为本实用新型模拟溶腔水袋结构示意图；

图4为本实用新型隧道周边位移计及土压力盒布置示意图；

附图标记：

1-箱体、2-模拟围岩层、3-支护构件、4-溶腔模拟装置、5-施力装置、6-检测装置、7-斜撑、8-混凝土结构；

401-水袋、402-水压装置、403-骨架、411-水箱、412-水泵、413-进水管、414-回水管、415-水压计、416-调压阀、501-千斤顶、502-反力梁、601-差动式位移传感器、602-应变式土压力盒。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型的穿越岩溶地层的隧道实验系统包括箱体1、模拟围岩层2、支护构件3、溶腔模拟装置4、施力装置5和检测装置6。本实验系统的原理是：模拟围岩层2浇筑在箱体1内以模拟真实的隧道围岩层，支护构件3作为真实隧道开挖时的支撑构件，支护构件3内的模拟围岩层3外待挖的隧道，施力装置5作用下载箱体1上以对模拟围岩层施加压力，该压力用于模拟真实围岩层的自重，检测装置6则用于检测支护构件3的位移和应力变化，溶腔模拟装置4在模拟围岩层3内模拟真实围岩层内的溶腔。通过设置溶腔模拟装置4，可以模拟溶腔存在情况下的静水压力及动水压力对隧道位移和应力的影响。

箱体1为多组槽钢组成的台架结构，箱体1外形尺寸为5.5m(横向)×1m(纵向)×3.5m(高)，箱体1前后两端分别通过斜撑7和混凝土结构8进行约束，保证整个模型处于平面应变状态，箱体1内表面黏一层1mm厚的聚四氯乙烯板以减小模型边界摩擦效应。

模拟围岩层2填充于箱体1内，用于模拟真实隧道外的围岩层，模拟围岩层由河砂、石英砂、粉煤灰和机油按一定比例调配后制成。石英砂主要用于调节模拟围岩层2的强度和弹性模量，粉煤灰用于补充细颗粒，粉煤灰与机油配合使用可调节模拟围岩层2的凝聚力和内摩擦角。通过直剪试验、单向压缩试验、三轴压缩试验和密度试验获得真实围岩的凝聚力、摩擦角、容重、弹性模量、泊松比等物理力学参数，具体的：

直剪试验是指：通过不固结不排水试验确定真实围岩层的黏聚力c。

单向压缩试验是指：通过室内单向压缩试验仪测得真实围岩层的压缩模量Es，进而得到模拟围岩层的弹性模量E。

三轴压缩试验是指：通过三轴仪测定真实围岩层的静止侧压力系数K₀，然后根据泊松比μ与静止侧压力系数K₀的关系：

计算出泊松比μ；通过三轴试验做出不同围压下真实围岩层的应力莫尔圆，求出模拟围岩层的摩擦角φ。

密度试验是指：通过环刀法等密度试验方法测得各土层的湿密度ρ，并计算相应的天然重度γ。

根据真实围岩层的上述物理力学参数来调节河砂、石英砂、粉煤灰和机油配比，从而使模拟围岩层的物理学参数与真实围岩层相同。本实施例中，模拟围岩层2的各组分比例为：河砂：石英砂：粉煤灰：机油＝1:1:0.75:0.2。

支护构件3呈环状并位于模拟围岩层2内，支护构件3在隧道开挖时起支护作用，支护构件3包括混凝土圈和周向均布与混凝土圈内的筋骨。支护构件3的轴向与箱体1的纵向平行，支护构件3的前后两端与模拟围岩层2的前后两端对齐，支护构件3的前端贴有透明PVC塑料薄膜。支护构件3以内的围岩层为待挖部分，挖掉支护构件3以内的围岩层部分后就形成了隧道。

溶腔模拟装置4包括水袋401和水压装置402，水袋401位于箱体1内并对应在支护构件3外，水袋401用以模仿溶腔，水压装置402为水袋401供水并调节水袋401内的水压和流速，从而可以模拟溶腔内水压和水流的变化对隧道的影响。水压装置402包括水箱411、水泵412、进水管413、回水管414、水压计415和调压阀416，水箱411位于箱体1外，水泵412通过进水管413将水箱411内的水输送至水袋401内，水袋401中的水通过回水管414回流至水箱411从而形式水循环，水压计415用于测量水袋401内的水压，调压阀416位于进水管413上以调节水袋401内的水压。通过溶腔模拟装置，模拟不同水压条件下溶腔对隧道的影响。为了更加真实的模拟溶腔对隧道的影响，水袋401可向外渗水。

为了增强水袋401的强度，水袋401内设有对其进行支撑的骨架403。

检测装置6安装在支护构件3的外壁上以测量支护构件3的位移和压力。具体包括差动式位移传感器601和应变式土压力盒602，应变式土压力盒602周向均布在支护构件3的外圈上，差动式位移传感器601与应变式土压力盒602一一对应，并安装在应变式土压力盒602上，应变式土压力盒602用以检测支护构件3上的应力即隧道的应力，差动式位移传感器601用以检测支护构件3的位移变化。

施力装置5位于箱体1外对箱体1施加压力，施力装置5包括千斤顶501和反力梁502，千斤顶501对箱体1顶部施加压力，千斤顶施加的压力用以模仿真实围岩层的自重，反力梁502位于千斤顶501上方以承受千斤顶501的反力。为了缓冲千斤顶501的输出力，箱体1的顶部位于千斤顶501所在位置设有套管，所述套管内设有压板和压簧，压簧向上支撑压板，千斤顶501的输出端与压板连接，压板与套管内壁滑动配合，千斤顶501向下压压板时，压簧对压板进行缓冲，从而防止千斤顶501的冲击载荷对箱体1造成破坏。

本实施例的实验系统的安装方法是：在箱体1内拟定的隧道位置放置已安装有检测装置6的支护构件3，在支护构件3的前端安装透明PVC塑料薄膜，在箱体1内拟定的溶腔位置放置水袋401及其内部的骨架403，并安装进水管413、回水管414及水压计415，从箱体1内引出进水管413连接到水泵412上，回水管414连接到水箱411中，待上述装置安装完后，再在箱体内埋设模拟围岩层2。

本实施例的实验系统的实验过程是：(1)通过水泵412向水袋401加载水压；(2)通过箱体1上的施力装置5向模拟围岩层2及隧道结构进行加载；(3)检测装置6进行溶腔存在的初始应力及初始位移数据的采集；(4)采用掏槽工具模拟隧道的开挖：将支护结构3内的模拟围岩层2掏空，形成隧道；(5)通过箱体1上的施力装置5向模拟围岩层2及隧道结构进行加载；(6)检测装置6进行隧道挖掘和隧道成型后的应力和位移数据的采集。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。