[实用新型]渗流承压水条件下开挖面失稳的模型试验装置

说明书

渗流承压水条件下开挖面失稳的模型试验装置，该模型试验装置的模型隧道紧贴模型箱正面内侧，开挖面加载系统位于模型箱左侧，开挖面加载系统与模型隧道相连，水位控制系统安装在模型箱内下方，开挖面加载系统由发动机连接主动转轴带动从动轴移动，从动转轴连接盾构隧道的外侧板即隧道开挖面，从而控制开挖面板的前进和后退，所述隧道开挖面系统开挖面可以透水，开挖面加载系统可以控制开挖面位移，水位控制系统位于开挖面加载系统之下，水位控制系统可以控制渗流及承压水大小，本实用新型能够实现竖向和水平渗流以及可以实现承压水条件，与现有模型箱相比，本实用新型可提供和控制承压水大小，并且简单实用。

技术领域

本实用新型涉及岩土及地下工程的隧道领域，具体是一种渗流承压水条件下开挖面失稳的模型试验装置

背景技术

随着我国地下结构的不断发展，城市地铁作为一种新型的交通方式越来越为人们所接受，城市地铁大多数采用盾构式开挖，盾构开挖如若支护压力过大，则会引起开挖面前方的土体隆起，若支护压力过小，则会早场开挖面前方土体沉降，甚至坍塌破坏，而地下水渗流对于土体的力学作用不容小觑。现有研究手段主要有理论分析的解析解，解析解常常为了计算求解方便需要做一些假定，导致结果存在误差。而在数值分析方面土体的力学物理参数往往也是近似的，因此在数值计算的结果也将会产生较大的出入。而模型试验则可以更加真实的反应实际的土体受力分布情况，模型试验有着不可替代的手段。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种渗流承压水条件下开挖面失稳的模型试验装置，能够保证在渗流和承压水作用下，同时精确地控制开挖面位移并观察渗流作用下开挖面失稳所致地层变形。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种渗流承压水条件下开挖面失稳的模型试验装置，包括模型箱、模型隧道、开挖面加载系统、水位控制系统和读数控制装置，具体结构和连接关系为：

所述模型隧道紧贴模型箱正面内侧，开挖面加载系统位于模型箱左侧，开挖面加载系统与模型隧道相连，水位控制系统安装在模型箱下方，读数控制装置与模型箱底部带孔金属管连接，模型箱内侧用分隔板将开挖面加载系统与模型隧道部分分开，所述模型箱的前侧由有机玻璃制成，右侧面板设为可开关的箱门，模型箱的底部设为带孔金属管组成的透水层，使水流可以均匀渗透到箱体内，所述模型隧道包括对称性半圆形隧道和开挖面板，模型隧道安装在有机玻璃内侧，模型隧道的外侧板模拟盾构隧道开挖面，盾构隧道开挖面由透水石制作可透水，所述开挖面加载系统包括传动机构，传动机构的发动机和主动转轴连接，主动转轴与从动转轴连接，从动转轴连接盾构隧道的外侧板即隧道开挖面，从而控制开挖面板的前进和后退，所述水位控制系统包括水槽、流量泵、有孔金属管和压力表，水槽在模型箱内左侧与流量泵相连，有孔金属管与水槽和压力表相连。

所述分隔板上设有漏水孔3个，分别位于隧道上部1D、2D和3D处。

所述模型箱前侧由有机玻璃制成，左侧，右侧和后侧由钢板制成，所述模型箱前侧采用有机玻璃可清晰观测到土体的变形，右侧面板设为可开关的箱门方便装土及取土。

所述盾构隧道开挖面由透水石制成。

所述水位控制系统包括压力表六个，电子显示器六个。

本实用新型的有益效果如下：

1、模型箱隧道为半圆形隧道安装在有机玻璃上，试验过程中可以很好地观察到试验过程以及土层的变化情况。

2、隧道开挖面的后撤或前进速度可以由开挖面加载系统控制。

3、隧道开挖面可以前进模拟实际工程中的超挖，可以后退模拟实际工程中的欠挖。

4、隧道开挖面采用透水面，可以更加真实的模拟实际盾构隧道的水平横向渗流。

5、模型箱可施加上覆水压力，且上覆水压力最大可施加到3D高度。