[实用新型]一种模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海底隧道工程中孔隙水压力、隧道应变和隧道涌水量测量的试验装置，特别是涉及波浪要素变化的海底隧道周围海床土压力以及孔隙水压力响应的模型试验装置，可用于量测不同隧道埋置深度、隧道开挖半径、衬砌厚度等情况下海底隧道周围海床孔隙水压力值。

背景技术

随着沿海城市发展，城市内以及不同城市间的联系越来越频繁，原有的陆路交通已经远远无法满足社会需求。相对于跨海大桥，海底隧道的建设对于航运、海洋环境等方面的影响小很多，而且不受天气条件的影响。在我国已经建成通车的海底隧道有位于厦门的翔安海底隧道，位于青岛的胶州湾海底隧道，以及正处在建设当中的港珠澳大桥海底隧道段。在可预见的未来内还包括琼州海峡海底隧道，渤海湾海底隧道，甚至中国台湾海峡海底隧道。随着越来越多的海底隧道工程投入建设,相关的研究工作受到了科研人员的高度重视。与陆地水下隧道相比，海底盾构隧道位于复杂的海洋环境中，其水深可从几米到上百米之间变化，而且经受长期循环的小波浪或短期强风暴潮等动水作用，已有研究认为，波浪、潮波循环作用下海床土体的主应力轴发生连续旋转，并可能伴随孔隙水压力累积现象。对于高水压条件下的隧道工程，作用于衬砌支护结构上的水压力占总压力的很大部分，是影响隧道衬砌结构受力与稳定的主要因素。海底隧道在长期运营过程中，更需经受高水头、长期小波浪或短期强风暴潮等循环作用，实际工程中为释放高水压力，通常允许海底隧道具有一定的涌水量，在涌水渗透力的作用下又将改变海底隧道周边土体的应力场和渗流场，故强透水地层中的海底隧道周围的渗流场和土体应力场极为复杂。但是我国现有的临海工程设计中,为设计方便，仅考虑了波浪直接传递给海床及建(构)筑物的荷载,而未考虑波浪作用下海床内的孔隙水压力对工程受力和变形的影响。这使得海底隧道设计与实际情况相比可能趋于保守而使得项目建设费用高昂，也可能因为忽略了孔压累积的作用而使得工程存在安全隐患。

发明内容

为了克服已有海底隧道设计上的不足，本实用新型提供了可以模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置，实现了在不同波浪要素作用下，通过控制不同隧道埋置深度、不同开挖半径、不同衬砌厚度，研究海底隧道周围海床孔隙水压力响应规律。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置，该装置置于波浪槽中进行试验，该装置包括模型箱、隧道及其支撑系统、量测系统三个部分；所述模型箱由模型箱底板、四条角钢、模型箱左侧转动板、钢化玻璃、模型箱背面板、模型箱右侧板和有机玻璃板组成；所述模型箱底板和四条角钢焊接形成模型箱框架；所述模型箱右侧板和模型箱背面板均由铁板制成并焊接到模型箱框架上；所述模型箱右侧板底部开有出水口，用以加快土体固结；所述模型箱背面板中间位置有矩形开口，用于放置有机玻璃板；所述有机玻璃板中央开有圆形孔洞，孔洞半径和隧道外半径一致，用于安放隧道；所述钢化玻璃位于模型箱正面，并和模型箱框架通过结构胶粘接；所述模型箱左侧转动板由铁板制成，通过位于模型箱左侧转动板右侧的转子A和位于模型箱框架的角钢上的转子B连接，从而达到可以自由转动的目的，通过位于模型箱左侧转动板左侧的插销A和位于模型箱框架的角钢上的插销B以及插条固定；所述隧道由石膏、硅藻土以及水浇筑养护而成，安放在支撑系统上；所述支撑系统由支撑叉子、支撑管以及支撑底座组成；所述量测系统包括第一孔压传感装置、两个第二孔压传感装置、应变片、涌水量箱和浪高仪；所述第一孔压传感装置由第一传感器固定支架和固定在第一传感器固定支架上的第一孔压传感器组成；所述第二孔压传感装置由第二传感器固定支架和固定在第二传感器固定支架上的第二孔压传感器组成；所述第一孔压传感装置位于模型箱中央的隧道下方，两个第二孔压传感装置分别位于模型箱内的隧道两侧；所述应变片两两一组，共四组，每组的两个应变片呈T字形排布，四组沿隧道外表面环向等间距排布，用于测量隧道应变；所述涌水量箱由涌水量箱主体、第三孔压传感器和连接口组成；所述涌水量箱主体由五块塑料板构成，利用玻璃胶粘贴在模型箱背面板上；所述涌水量箱底部开有连接口，用于连接水管，底部放置第三孔压传感器，用于测量水位高度；所述浪高仪悬挂在模型箱上方的水域内，用于量测波浪高度。

进一步地，所述第一传感器固定支架和第二传感器固定支架由圆柱形细长铁杆点焊于正方形薄铁板中央，所述第一传感器固定支架和第二传感器固定支架上车有用于安装孔压传感器的凹槽。