[实用新型]一种用于隧道开挖模型试验中模拟有压溶腔的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种隧道开挖模型试验溶洞模拟系统，尤其涉及一种用于模拟隧道开挖模型试验中有压溶腔的系统。

背景技术

随着我国西部大开发战略的开展实施和交通事业的飞速发展，在岩溶分布广泛的地区修建公路及铁路隧道将不可避免。岩溶对隧道开挖的影响主要包括隧道基底、洞穴顶板塌陷，隧道遇地下洞穴时的悬空，隧道顶部溶洞充填物的塌陷，岩溶水大量涌向隧道，容易使隧道产生突泥、涌水、坍塌，地下水位下降、造成地表沉陷，影响周围环境。在开挖中未揭露出来的溶洞因工程未能事先采取安全措施，易遭受到猝不及防的破坏，对隧道施工危害性大。

在现有隧道开挖模型试验中，针对岩溶地区溶洞的模拟，主要有以下几种方法：空洞法、水袋法和气囊法。空洞法是在实验模型制作过程中将橡皮囊冲气后预置溶洞的相应位置直至模型凝固，在开始加载实验前将橡皮囊中的气体排除，使其在模型中形成岩溶空腔；水袋法是在模型中放置一水袋，水袋通过水管与水桶相连，通过控制水桶的高度来控制水袋内的水压，实现有压溶腔的模拟；气囊模拟的具体方法是在模型内放置气囊，通过导管将气囊与气压计相连，利用气压计来控制气囊内气压从而实现有压溶腔的模拟。

以上方法虽然能够粗略地模拟岩溶区域的溶腔，但存在不同的缺陷：空洞法仅可以模拟无压溶洞，应用范围狭窄；水袋法通过控制水桶的高度来实现对溶腔内水压力的控制，当溶腔内压力较大时需要较大的高度，不容易实现操作；气囊法由于气密性不容易控制，且气囊本身的弹力会抵消掉一部分气体压力，导致气囊对模型的压力偏小。上述方法各自存在缺点，可操作性差，不能实现方便精确地模拟有压溶腔。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道开挖模型试验中有压溶腔的模拟系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种用于隧道开挖模型试验中模拟有压溶腔的系统，包括气压控制容器(1)、水压控制容器(6)、水袋(8)、围岩相似材料(12)、试验台架(13)；气压控制容器(1)内装满高压压缩气体，气压控制容器(1)连接阀门(2)，气压控制容器(1)通过导气管(3)连接到水压控制容器(6)顶部，水压控制容器(6)顶部充满气体，水压控制容器(6)下部充满水，水压控制容器(6)上部与导气管(3)连通，并在顶部安装气压计(5)，用于测出水压控制容器(6)上部气体压强；水压控制容器(6)侧壁标有刻度，且0刻度处对应导水管(7)中心，便于准确读出液面高度；水压控制容器(6)下部通过导水管(7)连接到水袋(8)，水袋(8)及导水管(7)在埋设围岩相似材料(12)时预埋在试验台架(13)中，水袋(8)内放置模拟溶腔形状的钢筋网骨架(9)，水袋(8)体积略大于钢筋网骨架(9)外轮廓体积。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用连通器原理，可以在较小范围内确保水袋内压力精确量化，气压控制容器的引入提供了利于试验过程的逐步加压操作，可以实现较大水压有压溶腔的模拟；

2、通过气压控制容器压力的合理设置，在满足水袋内水压达到溶腔内水压的前提下，有效地减少了水压容器的放置高度，弥补了单纯利用水压模拟通过水桶高度控制水压造成模拟范围有限且可操作性差的缺陷；

3、本实用新型通过选取乳胶材料且体积略大于钢筋网骨架表面积的水袋决了气囊本身弹力抵消气体压力后，造成作用于围岩相似材料压力偏小的误差，解决了试验台架内部气囊及导气管气密性不易保证的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型所述有压溶腔模拟装置结构正视图；

图2为本实用新型所述有压溶腔模拟装置结构侧视图；

图3为本实用新型所述水压控制容器构造图。

其中，1.气压控制容器；2.气压控制容器阀门；3导气管；4.导气管阀门；5.气压计；6.水压控制容器；7.导水管；8.水袋；9.钢筋网骨架；10.隧道；11.25号加筋槽钢；12.围岩相似材料；13.试验台架；14.砼墙；15.工字钢。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。