[发明专利]一种隧道洞口边坡稳定性模拟系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道洞口边坡工程领域，特别涉及一种隧道洞口边坡稳定性模 拟系统及使用方法。

背景技术

目前，我国交通基础设施建设力度持续加大。特别是对于地形崎岖地区， 为了缩短里程、保护环境和耕地，隧道工程发挥了极大作用。然而，隧道工程 与边坡密切相关，受到地层、岩性以及地应力的影响，降雨和工程施工对隧道 洞口边坡稳定性产生巨大影响，而且极易受到破坏、失去稳定而导致滑坡灾害， 并造成人员伤亡和财产损失。因此，隧道洞口边坡稳定成为隧道洞口施工安全 的关键。

隧道洞口坍塌或洞口边坡失稳主要是由于边坡施工坡度和开挖深度改变了 原有的山体地应力平衡而诱发的。现有的研究大多针对具体隧道洞口边坡失稳 案例进行地质分析并提出相应的整治措施，且对隧道洞口边坡稳定性研究较多， 但对隧道和边坡相互关系的模拟系统及实验方法研究较少。

发明内容

本发明目的在于：为了模拟隧道洞口开挖在有无降水以及支护的情况下隧 道洞口边坡失稳发生破坏的情况，提供一种隧道洞口边坡稳定性模拟系统，它 能够近似地模拟隧道洞口开挖、降水、边坡坡度、支护和开挖深度等因素对边 坡稳定性的影响，并能得到可靠的数据结果进行分析。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种隧道洞口边坡稳定性模拟系统，包括基本框架、隧道模型系统、降雨 模拟系统、边坡支护模拟系统、位移监测装置和数据处理装置，其中：

所述基本框架包括用于盛装试验土体材料的模型箱，所述模型箱设有可拆 卸的顶板，所述模型箱进口侧和出口侧分别连有倾斜布置的盖板，所述盖板上 设有用于安装隧道模型的通孔；

所述隧道模型系统包括空心管状的隧道模型和实心圆柱状的推进装置，所 述隧道模型和推进装置的管径相同且同轴设置；

所述降雨模拟系统设于模型箱上方，用于向隧道洞口边坡模拟降雨；

所述边坡支护模拟系统设于隧道洞口边坡处，用于对隧道洞口边坡进行模 拟支护处理；

所述位移监测装置设于隧道洞口边坡土体中，用于对边坡位移进行监测；

所述数据处理装置与所述位移监测装置相连，用于对位移监测装置反馈的 数据进行储存、分析并处理位移变化数据。

本发明通过设置基本框架和隧道模型系统，采用推进装置模拟隧道开挖， 并利用隧道模型模拟衬砌结构，以成型试验隧道土体模型及隧道洞口边坡，通 过边坡支护模拟系统和降雨模拟系统以模拟对隧道洞口边坡有无支护和降雨的 情况，同时结合位移检测装置和数据处理装置对边坡位移数据进行监测和处理， 即该系统能够模拟隧道开挖和降雨在有无边坡支护的工况，依靠位移检测装置 监测位移变化，得到边坡形态参数，记录数据并分析处理，揭示隧道洞口边坡 失稳机制，为隧道开挖以及边坡支护对调控边坡稳定提供参考和有效建议，从 而为有效避免隧道洞口边坡滑坡、坍塌等事故的发生。

作为本发明的优选方案，所述基本框架还包括分别设置在模型箱进口侧和 出口侧的工作台，所述工作台下方设有能伸缩的脚架。通过在模型箱进口侧和 出口侧设置工作台，方便试验过程中放置隧道模型和推进装置等，同时在工作 台下方设置能伸缩的脚架，便于根据试验需要对工作台高度进行调节。

作为本发明的优选方案，所述降雨模拟系统包括渗水管、输水管、回水管、 集水槽、水箱和抽水装置，所述渗水管设于隧道洞口边坡上方，所述抽水装置 连接水箱与输水管，所述输水管与渗水管相连，所述集水槽设于工作台上并靠 近边坡位置，所述回水管连接集水槽与水箱。通过设置渗水管、输水管、回水 管、集水槽、水箱和抽水装置，从而实现对隧道洞口边坡进行模拟降雨，同时 实现在模拟降雨的过程中对水的循环利用。

作为本发明的优选方案，所述渗水管上设有多个等间距的出水孔，以模拟 降雨。

作为本发明的优选方案，所述渗水管、输水管、回水管、集水槽和水箱均 由不锈钢制成。

作为本发明的优选方案，所述边坡支护模拟系统包括锚杆、钢筋网和混凝 土喷射设备，所述锚杆设置在模型箱内的试验土体中，所述钢筋网设置在隧道 洞口边坡上并与锚杆相连，所述混凝土喷射设备用于向钢筋网上喷射混凝土。 通过采用锚杆、钢筋网和混凝土来模拟对隧道洞口边坡进行支护，使其更加接 近隧道实际施工情况。

作为本发明的优选方案，所述位移检测装置为位移计，所述位移计布置在 边坡表层中。通过在隧道洞口边坡表层中布置位移计，可以监测隧道洞口边坡 的位移变化数据。