[发明专利]一种隧道及地下工程多功能模型试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型试验系统，尤其是涉及一种隧道及地下工程多功能模型试验系统。

背景技术

模型试验技术是研究岩土体中大型隧道工程问题的重要手段，可以定性或定量地研究隧道工程中围岩以及隧道结构的受力变形特性，试验结果能较好地反映真实的工程情况且具有广泛的适用性，能为数值计算模型的建立提供合理的参数以及为数值模拟的结果提供可靠对比及参考依据，在研究一些极为复杂的工程问题时，模型试验技术甚至成为了唯一方法。因此，模型试验技术在国内外已得到广泛应用，并在工程科研、设计及论证中发挥了重要作用。国际上如美国、俄罗斯、德国、意大利、日本、挪威等发达国家都先后开展了有关模型的试验研究工作，并针对不同的隧道形式、施工工艺及岩土体中的隧洞开挖过程中隧道结构与围岩稳定性问题和其力学机理，进行了卓有成效的研究工作，并研制了相应的试验设备；国内如中国科学院系统的地质与地球物理研究所、武汉岩土力学研究所、清华大学，原武汉水利电力大学、长江科学院、总参工程兵科研三所、铁道部科学研究院西南分院，西南交通大学、中国矿业大学等单位，都先后开展了这方面的研究工作，并研制了规模不等的配套模型试验设备。从总体上看，国内外隧道工程模型试验设备的种类和样式是比较多的。例如：从模型放置方式看，分为卧式、立式两类；从模型加载方式看，主要是采用千斤顶加载，少数用液囊或是气囊加载；从反力的提供方式看，有金属框架式和基坑式；从模型受力维数看，大部分都是二维的；从控制模型的平面应变条件看，严格达到的不多，大多采用准平面应变条件；从模型内所产生应变场均匀程度和均匀范围看，一般都比较小。然而，随着岩土体中隧道工程的规模及难度越来越大，出现的工程问题更加复杂，需要研究的内容也越来越多，对隧道及地下工程建设的科研设计水平和计算精度的要求越来越高，现有试验设备在功能、加载方式、模型内所形成的应变场范围和均匀程度等方面已不能很好地满足工程实践的需要，因此，迫切需要研制一种性能优良、技术先进、功能多样化的隧道及地下工程试验设备，以满足隧道及地下工程研究的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多功能、较好地模拟赋存于岩土体中隧道的受力环境的隧道及地下工程多功能模型试验系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种隧道及地下工程多功能模型试验系统，其特征在于，该试验系统包括轨道、模型箱、伺服控制的试验加载装置、转动座、转动轴及支架，所述的轨道设在该试验系统的顶部，所述的模型箱设在该试验系统的中部，包括外框架、内框架及有机玻璃板，所述的伺服控制的试验加载装置包括水平加载千斤顶及竖向加载千斤顶，所述的竖向加载千斤顶设在该试验系统的上部，所述的水平加载千斤顶设在该试验系统的两侧，所述的转动轴设在该试验系统中部的两侧，所述的转动座设在该试验系统上部的背面，经转动加载缸与支架连接。

所述的有机玻璃板设在模型箱前部，该有机玻璃面板上开设有预留孔或开挖孔，所述的预留孔或开挖孔的位置和形状配合岩土体隧道开挖的二维模型试验，实现隧道开挖模拟。

所述的有机玻璃板设在模型箱前部，该有机玻璃面板上开设有预留孔或开挖孔，所述的预留孔或开挖孔的位置和形状配合城市建设中交叉穿越工程模型试验，模拟交叉穿越时对隧道的影响。

所述的有机玻璃板的透光率＞95％，实现外部的数字照相系统对模型的变化的同步记录。

所述的模型箱下部还可设置底部千斤顶及旋转杆，该底部千斤顶及旋转杆通过抬升引起模型箱旋转至模型边坡破坏位置，进行岩土体边坡模型试验模拟。

所述的隧道及地下工程多功能模型试验系统可以进行岩土体边坡模型试验、岩土体隧道开挖的二维模型试验、城市建设中交叉穿越工程模型试验或立面旋转加载试验。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)该装置具有一机多用功能，可对块体系统、岩石隧道开挖、洞室、洞群、边坡、盾构开挖和穿越建(构)筑物进行模型试验；

(2)可实现不同建(构)筑物超载(点荷载或局部均布荷载)的模拟；

(3)有效地解决了模型试验中要求应变场均匀范围大、均匀程度高的技术难题，能较好地模拟赋存于岩土体中隧道的受力环境。

附图说明

图1为使用本发明进行圆形隧道平面模型试验的主视图；

图2为使用本发明进行矩形隧道平面模型试验的主视图；

图3为使用本发明进行交叉穿越工程平面模型试验的主视图；

图4为使用本发明进行岩土体边坡模型试验的主视图；