[发明专利]一种斜井冻结施工井壁受力特性监测装置

说明书

一种斜井冻结施工井壁受力特性监测装置，包括模型箱体，模型箱体之间用螺栓连接成一个上部开口的矩形半密封箱体，模型箱体与底板、底座螺栓固连，并做防水处理，模型箱体外侧设有反力槽钢及机械式千斤顶，反力装置与底板螺栓固连，模型箱体内侧相邻的两个面设有水平加载板A，水平加载板B,水平加载板A，水平加载板B之间设有间隙，并通过软连接连接，模型箱体围成的矩形半密封箱体中间设有井筒模型，井筒模型四周设有微型传感器，井筒模型内贯穿冻结管，冻结管通过一端为冷却盐水进口，另一端为冻结盐水回路连接制冷机，微型传感器连接监测仪器，底板与底座围成的结构外设有保温箱，可实现三维加载，具有组装快捷、拆卸方便和可移动性强等优点。

技术领域

本发明涉及模拟试验系统，具体涉及一种斜井冻结施工井壁受力特性监测装置。

背景技术

目前，国内还没有专门针对斜井冻结施工井壁受力特性的监测装置，且由于斜井冻结法凿井是在立井冻结法凿井的基础上演变而来的，而立井冻结法凿井和斜井冻结法凿井在本质上是有区别的，立井冻结法凿井经验并不完全适用于斜井冻结法凿井，斜井冻结壁和井壁的设计也不能完全按照立井的设计方法来设计，且人们对于斜井冻结法凿井过程中存在的一些问题还无法完全解释。想要了解和掌握斜井冻结法凿井过程中冻结壁发展规律、井壁受力规律、冻结管变形规律以及解冻后井壁受力规律等，需要大量的数据作为支撑依据，但实际工程要根据现场实际情况而定，不可能全都采用斜井冻结法凿井，这就导致数据收集较难，且因为环境的不同，收集的数据也存在较大的差异，而根据相似性理论的模拟试验可在很大程度上改变上述情况，因此设计一个专门针对斜井冻结施工井壁受力特性监测装置十分必要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种斜井冻结施工井壁受力特性监测装置，针对斜井冻结法凿井的特点，自行研制出一套斜井冻结施工井壁受力特性监测装置，可实现三维加载，具有组装快捷、拆卸方便和可移动性强等优点，为斜井冻结法凿井设计与施工提供合理、准确的试验依据，本试验系统填补了国内空白，达到了国内领先水平。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种斜井冻结施工井壁受力特性监测装置，包括模型箱体，模型箱体之间用螺栓连接成一个上部开口的矩形半密封箱体，模型箱体与底板、底座螺栓固连，并做防水处理，模型箱体外侧设有反力槽钢及机械式千斤顶，反力装置与底板螺栓固连，模型箱体内侧相邻的两个面设有水平加载板A，水平加载板B, 水平加载板A，水平加载板B之间设有间隙，并通过软连接连接，模型箱体围成的矩形半密封箱体中间设有井筒模型，井筒模型四周设有微型传感器，井筒模型内贯穿冻结管，冻结管通过一端为冷却盐水进口，另一端为冻结盐水回路连接制冷机，微型传感器连接监测仪器，底板与底座围成的结构外设有保温箱；

所述的模拟箱体为半密封箱体，用于放置模拟材料，具有拆卸方便可移动性强的特点，且槽钢本身具有较大的承载能力，能够保证在加载过程中正常运行；

所述的水平加载板A，水平加载板B和反力槽钢组成加载系统组成，水平加载板A，水平加载板B直接放置在模拟箱体内，通过千斤顶可对水平加载板A，水平加载板B施加压力，通过钢板将反力槽钢的顶板连接起来，以钢板为竖向反力装置对模型箱体施加竖向荷载；

所述的制冷机低温恒温反应浴和冻结管组成斜井冻结法凿井冻结系统，最低温度可达-30℃，此种材料具有耐腐蚀、重量轻、导热性能好、低温状态下强度高的特点，非常适合作为热交换设备的材料，实验过程中采用工业酒精作为冷媒剂；

所述的保温箱和保温箱设有的温度控制系统组成外部环境模拟系统，可模拟的℃环境温度，该系统可将外部环境温度保持在某一恒定值，以减小外部环境对模型试验的影响；

所述的监测仪器通过应变式微型土压力盒和渗压计对冻结压力和孔隙水压力进行监测，其测量范围为0~0.6MPa，并通过静态应变仪对数据进行收集，采用振弦式温度传感器对冻结壁温度进行监测。