[发明专利]一种隧道地层损失模拟装置

说明书

本发明公开了一种隧道地层损失模拟装置，包括圆桶、主动轴、手轮、传动机构和筒壁支撑杆，圆桶的筒壁两端分别设置有第一侧板和第二侧板，主动轴一端固定于第一侧板内侧，主动轴另一端穿过第二侧板与手轮连接；传动机构和筒壁支撑杆设置于圆桶内部，筒壁支撑杆沿着圆桶的筒壁内侧周向设置有多根，每根筒壁支撑杆一端与第一侧板活动连接，每个筒壁支撑杆另一端与第二侧板活动连接，每个筒壁支撑杆与主动轴之间均连接有一组传动机构，转动主动轴通过传动机构能够控制筒壁支撑杆径向移动；本发明提供的隧道地层损失模拟装置，能够通过均匀连续的改变隧道模型的直径来精确的控制土层损失的大小和形状。

技术领域

本发明涉及隧道开挖建设地层损失模拟系统技术领域，特别是涉及一种隧道地层损失模拟装置。

背景技术

隧道的开挖不可避免的会产生隧道地层损失，所谓的隧道地层损失就是在隧道开挖过程中对土层造成了扰动，随之而来的会出现不同程度的土层下陷，这样的下陷会对地下空间周边的建筑造成或多或少的影响。研究清楚隧道开挖对周边建筑的影响对隧道施工有着至关重要的意义。现有的研究方法主要分为三大类：数值模拟、现场检测和土工模型试验。土工模型试验技术是近二三十年迅速发展起来的一项崭新的土工物理模型技术。数值模拟的方法需要对所研究的土层性质具有深入的了解，同时将这些土层性质转化成参数再利用数学计算来模拟，其中土力学参数对结果的影响非常大，并且参数的获取和测试相对费时且可靠性值得探讨。现场检测的方法局限性在于仪器的误差，人为造成的误差以及需要大量的人力物力和资金支持。

土工模型试验提供了一个快速可靠稳定的解决方案，将所研究的模型装置、土层材料按相似比模拟真实情况，从而得到可靠稳定的数据。而现有的模拟隧道的开挖试验，大多数学者采用的是排液法模拟，即在隧道外围包裹一层橡胶膜，在其中注入液体，在试验过程中通过排除橡胶囊中一定的液体来模拟地层损失。但这个方法存在一定的缺陷，在模拟的隧道埋入土中后，隧道径向各处的土压力大小并不相等，上下表面土压力大，两侧土压力小；由于液囊隧道是柔性材质，在固结过程中受到不均匀的土压力作用后，囊中上下部分的液体很有可能会被挤压向两侧形成一个横向的椭圆形，在此基础上通过排液法模拟的地层损失区域的形状，与实际盾构掘进引起的地层损失区域形状不符。

综上，目前的土木模型实验中，对于地层损失的模拟存在难以精确控制地层损失率的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道地层损失模拟装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够通过均匀连续的改变隧道模型的直径来精确的控制土层损失的大小和形状。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种隧道地层损失模拟装置，包括圆桶、主动轴、手轮、传动机构和筒壁支撑杆，所述圆桶的筒壁两端分别设置有第一侧板和第二侧板，所述主动轴一端固定于所述第一侧板内侧，所述主动轴另一端穿过所述第二侧板与所述手轮连接；所述传动机构和所述筒壁支撑杆设置于所述圆桶内部，所述筒壁支撑杆沿着所述圆桶的筒壁内侧周向设置有多根，每根所述筒壁支撑杆一端与所述第一侧板活动连接，每个所述筒壁支撑杆另一端与所述第二侧板活动连接，每个所述筒壁支撑杆与所述主动轴之间均连接有一组所述传动机构，转动所述主动轴通过所述传动机构能够控制所述筒壁支撑杆径向移动。