[发明专利]用于砂土中模拟盾构机掘进的模型试验装置

权利要求书

1.一种用于砂土中模拟盾构掘进的模型试验装置，包括盾构机支撑架(1)、盾构机外钢筒(2)、开挖面切削单元、排砂单元、模型盾构机顶进单元以及压力监测单元；

所述盾构机外钢筒(2)固定在所述盾构机支撑架(1)上，所述盾构机外钢筒(2)的前端设有可拆卸盾头(3)，所述可拆卸盾头(3)包括盾构机头封闭仓(4)；所述盾构机外钢筒(2)内位于所述可拆卸盾头(3)的后方设有模型隧道(5)；

所述开挖面切削单元包括设置在所述盾构机头封闭仓(4)内的桨状刀片(6)，设置在盾构机尾部的伺服电机(7)，所述伺服电机(7)通过传动杆将动力传递给所述桨状刀片(6)；

所述模型盾构机顶进单元为三自由度顶进台；

所述压力监测单元包括设置在盾构机头封闭仓(4)内的压力传感器(8)和固定在盾构机外钢筒(2)尾部的拉压传感器(9)；

其特征在于：

所述排砂单元包括无级变速吸尘器、PVC吸气管(10)和PVC进气管(11)；所述无级变速吸尘器的吸气口通过所述PVC吸气管(10)与所述盾构机头封闭仓(4)连通；所述PVC进气管(11)的一端与所述盾构机头封闭仓(4)连通，所述PVC进气管(11)的另一端与大气连通用于为盾构机头封闭仓(4)进行补气，依次相互连接的无级变速吸尘器、PVC吸气管(10)、盾构机头封闭仓(4)和PVC进气管(11)形成一用于排砂的气体循环通路。

2.根据权利要求1所述用于砂土中模拟盾构掘进的模型试验装置，其特征在于，所述三自由度顶进台包括竖直方向直线导柱(12)、推进方向直线导轨(13)和平动方向直线导轨(14)；所述盾构机支撑架(1)设置在所述推进方向直线导轨(13)上；所述盾构机支撑架(1)与所述推进方向直线导轨(13)之间、所述推进方向直线导轨(13)与所述竖直方向直线导柱(12)之间、所述竖直方向直线导柱(12)的底部与所述平动方向直线导轨(14)之间分别通过移动副连接；所述盾构机支撑架(1)具有沿平动方向、竖直方向和推进方向移动的三自由度；所述三自由度顶进台的驱动力为电动或手动。

3.根据权利要求1所述用于砂土中模拟盾构掘进的模型试验装置，其特征在于，所述压力监测单元中的压力传感器(8)用于监测盾构顶进过程中所述盾构机头封闭仓(4)内的土压力，以调整无级变速吸尘器的吸气速度；所述拉压传感器(9)用于监测盾构机顶进过程中，在推进方向上施加给盾构机的总的推力，该推力减去盾构机头封闭仓(4)内土压力的总和即为盾构机外钢筒(2)与模型箱内砂土之间的摩擦力。