[发明专利]泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及盾构隧道用的管片衬砌模型孔隙水压试验装置，尤其涉及一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置。

背景技术

采用泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置进行室内模型孔隙水压试验，是研究泄水式管片衬砌对围岩孔隙水压力以及泄流量的影响的一种重要手段。

现有的泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，包括密闭承压的箱体，箱体内纵向设置有圆形PVC管构成的隧道模型、模型的下部开有泄水孔、模型的出水端伸出箱体的侧壁，模型的出水端下方置有储水容器，箱体的顶壁设置有与箱体内部连通的精密水压表和进水孔，箱体的前、后壁中部设有测压管导出孔，箱体的前、后壁的底部设置有排水孔。

试验时，先将模拟管片衬砌及其泄水孔的PVC管隧道模型粘结在箱体上，再在箱体内填充满砂土；填充砂土的同时，在箱体内布置好测压管，并将测压管通过测压管导出孔与测压计相连；随后关闭箱体顶盖，堵住排水管，从入水孔注入设定水压的水，待模型出水端的出水量(速度)稳定后，即渗流基本达到稳定状态时，开始观测记录隧道模型出水端的出水量和测压计测出的孔隙水压力数据，即完成一次试验，得到一组试验数据。下一次试验前，首先关闭进水管阀门，使排水管开启，将箱体内水流完全排出，取出箱体内砂土，再更换粘接上泄水孔密度不同的另一个PVC管隧道模型，重新填充砂土及布置测压管，再关闭箱体及注水，然后进行下一次试验。通过对多次试验得到的试验数据的分析，可以得出不同的泄水孔密度与隧道衬砌围岩内的孔隙水压力以及泄流量的关系，从而为盾构隧道管片衬砌的设计与施工提供试验依据。

采用现有的试验装置进行试验存在的问题是：除第一次外，每次试验前均需排干前次试验的余水，取出前次试验填充的砂土，再换PVC管隧道模型，并重新填土、布置测压管；注水至渗流基本稳定，方可开始试验。其操作极其繁琐。注水至渗流基本稳定需要十天左右，试验周期长；并且由于每次填充的砂土不可能保证完全一致，从而使其模拟的地层结构在各次试验间发生不可预知的变化，导致各次测试结果无法建立在模型土物理力学参数一致的基础上，各次试验数据的可对比性差，分析得出的数据误差大，其作为设计和施工的试验依据的准确性和可靠性有待提高。

发明内容

本发明的目的就是提供泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，用该种试验装置进行试验操作简单，试验周期短，试验数据准确性高、可靠性好，能为盾构隧道的设计和施工提供更加有效可靠准确的试验依据，从而更好的保证隧道的安全和经济。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，包括箱盖，箱体，箱体的前、后壁中部设有测压管导出孔，箱体的前、后壁的底部设置有排水孔，箱盖上有与箱体内部连通的精密水压表和进水孔，其结构特点是：所述的箱体内纵向设置有圆形PVC管构成的内模、内模的下部开有内模泄水孔、内模的出水端伸出箱体的侧壁；内模的出水端下方置有储水容器；内模上外套有钢质的外模，外模上开有外模泄水孔，内模泄水孔的数量少于或等于外模泄水孔，任一内模泄水孔均与相应的外模泄水孔对齐。

采用本发明进行试验的原理是：外模模拟管片衬砌，内模泄水孔模拟管片衬砌的泄水孔；具体试验方法是：

第一次试验，将PVC管内模插入套合在外模上，并将内模泄水孔与外模泄水孔对齐，内模与外模的出水端粘接。再在箱体内填充满砂土；填充砂土的同时，在箱体内布置好测压管，并将测压管通过测压管导出孔与测压计相连；随后关闭箱体顶盖，关闭排水管，从入水孔注入设定水压的水，待内模出水端的出水量(速度)稳定后，即渗流基本达到稳定状态时，开始观测记录内模出水端的出水量和测压计测出的孔隙水压力数据，即完成一次试验，得到一组试验数据。

下一次及以后的试验，首先关闭进水管阀门，打开排水管，将箱体内水位排至内模部位以下，即可将前次试验的PVC管内模取出，新插入泄水孔密度不同的PVC管内模，将内模泄水孔与外模泄水孔对齐，内模与外模的出水端粘接，重新按设定水压注水，至内模出水端的出水量(速度)稳定后即可进行下一次试验。

通过对多次试验得到的试验数据的分析，可以得出不同泄水孔密度与隧道衬砌围岩内的孔隙水压力以及泄流量的关系，为盾构隧道管片衬砌的设计与施工提供试验依据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在进行第二次试验及以后的试验时，排水操作只需将水位排至内模管部位及以下，能够方便内模与外膜出水端的粘接即可，无需将水完全排干，从而新一次试验的注水至出水端出水量稳定的时间缩短一半，由原来的十天减至五天左右，整个试验的周期大大减少，效率高。