[发明专利]一种隧道盾构开挖高精度渗流示踪模拟试验装置

说明书

本发明涉及一种隧道盾构开挖高精度渗流示踪模拟试验装置，包括：立方体试验箱、半圆柱形盾构模型、动力单元、水循环单元、渗流示踪单元以及数据采集单元，模拟真实盾构开挖的工况，通过布置土压力计、水压力计、位移传感器得到隧道盾构开挖支护压力，基于示踪系统得到渗流路径变化等参数。与现有技术相比，本发明不只是能够检测盾构开挖时的基本力学参数，还能实现渗流路径可视化，为相关科学研究提供理论依据。

技术领域

本发明涉及隧道技术领域，具体涉及一种隧道盾构开挖高精度渗流示踪模拟试验装置。

背景技术

盾构法是一种隧道开挖的施工方法，分为人工盾构施工法及盾构机法，都涉及到开挖面上土对于支护结构的压力问题。为研究该问题，需要设计所持模型装置及试验方案完成隧道开挖模拟。但现有的试验装置中少有考虑渗流的影响，且均不能显示渗流路径，与实际工程不相符合。渗流路径是工程分析与数学模型建立的重要基础部分，能够显示渗流路径的示踪系统有助于探究隧道盾构开挖面上渗流导致的变形与强度失稳机理。

专利CN106442941A公开了一种盾构穿越上部可液化下部坚硬土层的试验装置及试验方法，试验装置包括透明有机玻璃试验槽、盾构半模型装置、土压监测系统、水压监测系统和粒子图像测速系统，所述模型箱内放置试验用土，所述试验用土包括两个土层；所述模型箱的侧面上有一个开口作为盾构半模型装置的进出口；所述盾构半模型装置包括半模型盾构外壳、盾构顶进装置、挖土装置和出土装置。专利CN205642986U公开了一种模拟隧道开挖对周边管线影响的试验装置，包括试验箱、隧道开挖模拟装置、管线和量测系统；试验箱为可视化钢化玻璃箱；隧道开挖模拟装置包括拉拔仪器、内管和外管；量测系统包括沉降杆、位移传感器、应变片、压力盒、数据采集仪和计算机。本实用新型能够对埋地管线的变形特性和力学行为进行全面的监测，解决了实际工程中监测工作难、量测项目不全面的问题。专利CN205317774U公开了一种模拟盾构隧道纵断面内地层损失扩展的试验系统，包括：模型试验箱、地层损失模型、地表荷载加载装置、渗流装置、地中及地表位移测量装置、土体位移路径监测装置；所述地层损失模型包括聚氨酯囊(1)，聚氨酯囊(1)上连接两根输水导管(2)，一根用于向聚氨酯囊(1)中输送水流，一根将聚氨酯囊(1)中的水流导出，所述聚氨酯囊(1)中填充有可溶于水的固态粉末，该固态粉末在所述聚氨酯囊(1)中紧密堆积将聚氨酯囊(1)撑起形成预期形状的地层损失模型。但是上述专利都尚无将示踪方法应用到盾构渗流实验模型装置的先例。

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模拟结果准确的隧道盾构开挖高精度渗流示踪模拟试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种隧道盾构开挖高精度渗流示踪模拟试验装置，该模拟试验装置包括：

立方体试验箱：其中一个侧壁为透明壁，所述立方体试验箱内设有水平隔板和竖直隔板，所述水平隔板和竖直隔板将立方体试验箱的内部空间分隔成下部的内水箱、上部的动力室及模拟室，所述模拟室中放置土样；

半圆柱形盾构模型：固定设置在模拟室中且埋于土样中，其半圆形底面及矩形侧面分别与竖直隔板和透明壁固定连接，所述半圆柱形盾构模型与动力单元连接；

动力单元：设置在动力室中，且和半圆柱形盾构模型固定连接；

水循环单元：包括通过排水管依次循连接的内水箱、抽水机、外水箱、喷头及模拟室，所述模拟室的侧壁设有多个排水口，排水口通过排水管汇总后连接内水箱；

渗流示踪单元：包括依次连接的颜料箱、总管及多根分管，每根分管的一端与总管连通，每根分管上均安装有独立阀门，另一端插设在土样中；

数据采集单元：包括埋设在土样中的土压力盒、孔隙水压力计以及设置在立方体试验箱外部正对透明壁的图像拍摄部件。