[实用新型]模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置

说明书

本实用新型公开一种模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置，装置包括透明的模型箱体和气模，模型箱体中部设有贯穿箱体前壁和后壁的预留隧道孔；气模为柱状，尺寸与模型隧道相同，端部设有用于充放气的气阀，并通过预留隧道孔横向穿设于模型箱体中；模型箱体内其余空间填充有紧密围绕气模的模拟风积沙地层的模型材料，所述模型材料为分层染色的粘聚力接近于零的颗粒物；所述模型箱体外正对预留隧道孔处设相机，有用于记录在气模迅速放气后模型材料变化的过程。本实用新型用气模模拟风积沙隧道，能够一次实现模拟隧道的开挖；将模型材料分层染成不同的颜色，用相机记录模型围岩渐进破坏的过程，能准确、完整分析模型围岩渐进破坏的规律。

技术领域

本实用新型涉及隧道及地下工程技术领域，具体为一种模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置。

背景技术

风积沙是指砂砾经风力搬运沉积形成的沙丘，风积沙工程特性有别于一般土体，其结构松散、透水性强、含水率低、粘聚力小、自稳能力差、颗粒多为原生矿物等，且部分沙丘具有流动性，根据相似定律，在模拟风积沙渐进破坏的模型实验中，选用的材料在粘聚力上比原型风积沙还小，而实际上风积沙的粘聚力接近于零，所以模型材料的粘聚力将会更接近于零，因而会出现下列问题：风积沙在开挖后会立即坍塌，影响后续掌子面的开挖，有碍于实验的继续进行。

除此之外，风积沙颗粒粒径小，结构较松散，风积沙隧道开挖后，由于围岩收到扰动，围岩会按照一定的规律快速坍塌，人的肉眼对于快速变化的坍塌过程不能完整记录。当开展模型实验时，也将出现相似的问题，因而只靠肉眼不能描绘出其破坏过程。同时，风积沙粒径较为集中，而且其性质、成分也相似。且在垂直方向上没有明显的颗粒粒径差异，这就很难判出风积沙发生位移后的位置变化过程，在用模型实验模拟风积沙渐进破坏机理的实验中，我们不仅要知道风积沙位移值的大小，还要知道风积沙颗粒位移变化后与位移变化前的相对关系。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够用于研究风积沙的工程特性的模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置。技术方案如下：

一种模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置，包括透明的模型箱体和气模，所述模型箱体中部设有贯穿箱体前壁和后壁的预留隧道孔；所述气模为柱状，尺寸与模型隧道相同，端部设有用于充放气的气阀，并通过预留隧道孔横向穿设于模型箱体中；模型箱体内其余空间填充有紧密围绕气模的模拟风积沙地层的模型材料，所述模型材料为分层染色的粘聚力接近于零的颗粒物；所述模型箱体外正对预留隧道孔处设相机，有用于记录在气模迅速放气后模型材料变化的过程。

进一步的，所述模型箱体包括箱体钢架，模型箱体四壁为固定于箱体钢架上的玻璃板。

本实用新型的有益效果是：本实用新型用气模模拟风积沙隧道，能够一次实现模拟隧道的开挖，呈现掌子面塌方或者拱顶冒顶问题对后续隧道开挖的影响；同时采用相机记录模型围岩渐进破坏的过程，使得实验人员能准确、完整分析模型围岩渐进破坏的规律；将模型围岩材料分层染成不同的颜色，有利于实验人员直观判断模型围岩渐进破坏前后的位置关系。

附图说明

图1为本实用新型模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置的结构示意图。

图2为本实用新型模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置模型箱体的纵向剖面图。

图3为本实用新型模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置模型箱体的横向剖面图。

图4为本实用新型模拟隧道施工风积沙地层渐进破坏的实验装置气模的结构示意图；（a）气模右视图，（b）气模主视图。

图中：1-气模；2-相机；3-模型材料；4-箱体钢架；5-气阀；6-玻璃板；7-预留隧道孔。

具体实施方式