[实用新型]测量重叠隧道土拱效应的活动门装置

说明书

本实用新型提供一种测量重叠隧道土拱效应的活动门装置，包括箱体、活动门、隧道模型和三维扫描仪，其中，所述活动门水平设置在所述箱体内，所述活动门上设置有若干土压力盒，所述活动门的上表面和所述箱体围成的空间用于容纳土体，所述隧道模型设置在所述土体内；所述活动门能够移动；所述活动门的移动能够使所述土体塌落，所述土压力盒能够测量所述土体竖向的土压力；所述三维扫描仪设置在所述箱体内并位于所述活动门的下面，所述三维扫描仪能够测量所述土体形成土拱效应的拱轴线。利用该活动门装置能够实现对重叠隧道的不同宽度的空间所产生的土拱效应进行试验。

技术领域

本实用新型涉及土木工程岩土工程试验装置领域，特别涉及一种测量重叠隧道土拱效应的活动门装置。

背景技术

支护结构引起的“土拱效应”是地下工程中最关键的问题，其广泛存在于地下工程中，如隧道开挖、基坑支护等工程。其实质是一种应力转移的现象。这种应力的转移是由于土体受到外力发生不均匀变形而实现的。

在隧道工程中，隧道荷载主要来源于围岩的作用，在荷载或自重的作用下，土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相“楔紧”的作用，于是在一定范围土层中产生“土拱效应”。由于土拱效应的存在，使得围护结构后的主动土压力产生重分布。充分研究“土拱效应”的作用机理、充分利用其应力重分布的特点成为了主要的研究方向。

早在1884年，英国科学家Roberts首次发现了“粮仓效应”：粮仓底面所承受的力在粮食堆积到一定程度后达到最大值并保持不变，这就是通常所说的土拱效应。1895年，德国工程师Janssen用连续介质模型对其进行了定量解释。1943年，太沙基通过著名的“活动门”试验证实了土力学领域土拱效应的存在，并在对土拱的应力分布进行描述的基础上，得出了土拱效应存在的条件。但太沙基的“活动门”实验只能研究固定宽度的“土拱效应”，并不能在一个装置上研究多个宽度的“土拱效应”。

在有关“土拱效应”的试验研究中，专利号为CN 102680390A的实用新型专利公开了一种用于模拟隧道开挖引起土拱效应的试验装置。该装置在原有的太沙基试验基础上，增设了可拆除板的设计，使得可以在一定程度上改变宽度进行试验。但这种宽度的变化是固定的，只能是拆除板宽度的整数倍，不能实现宽度的无级调节。

在现有的活动门试验装置中，都是观测平面状态下的“土拱效应”，研究的是平面应变问题。而“土拱效应”在整个土体中都是存在的，是一种空间效应，仅仅将它当作平面应变问题考虑是不全面的。另外，由于现在重叠隧道数目逐渐增加，研究重叠隧道情况下的空间“土拱效应”成为了研究的一大热点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量重叠隧道土拱效应的活动门装置。利用该活动门装置能够实现对重叠隧道的不同宽度的空间所产生的土拱效应进行试验。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种测量重叠隧道土拱效应的活动门装置，包括箱体、活动门、隧道模型和三维扫描仪，其中，所述活动门水平设置在所述箱体内，所述活动门上设置有若干土压力盒，所述活动门的上表面和所述箱体围成的空间用于容纳土体，所述隧道模型设置在所述土体内；所述活动门能够移动；所述活动门的移动能够使所述土体塌落，所述土压力盒能够测量所述土体竖向的土压力；所述三维扫描仪设置在所述箱体内并位于所述活动门的下面，所述三维扫描仪能够测量所述土体形成土拱效应的拱轴线。

进一步地，在上述的活动门装置中，所述箱体包括有前板、后板、左板和右板，所述前板、所述左板、所述后板和所述右板依次连接形成上下开口的立方体结构；所述活动门包括有两块隔板，两块所述隔板并排置于所述箱体内，两块所述隔板均能够移动。

进一步地，在上述的活动门装置中，每块所述隔板的上表面设置有21个所述土压力盒。