[发明专利]用于隧道爆破开挖试验等效模型及其使用方法

说明书

本发明涉及一种用于模拟隧道爆破开挖试验等效模型及其使用方法，模型包括用以隧道开挖试验的主箱体，主箱体为井字钢板组合式结构，板间通过高强螺栓链接；主箱体内设有预埋监测单元，通过引线孔与计算机连接；注射装置略小于洞孔尺寸位于洞口内测，在外壳壁外侧设有气囊带与气压泵相连，充气后填充整个洞口空隙；蓄液盒内嵌于盒卡槽中，推动器位于蓄液盒下端，内推动装置与外推动装置单独设置，由转动滑轮控制。利用本发明可有效模拟隧道爆破开挖过程，操作简单能够充分考虑到注射过程中对材料的劣化影响；将围岩损伤变量利用相似比等效到模型中，能够有效的模拟爆破开挖过程中围岩的松动劣化效应，全面地反映工程实践特征。

技术领域

本发明涉及施工模型技术领域，具体涉及一种用于隧道爆破开挖试验等效模型及其使用方法。

背景技术

近年来，随着“新基建”的加速，城际高速铁路和城市轨道交通作为“新基建”七大.领域之一，极大的促进了隧洞工程的建设。爆破开挖具有瞬时性、突发性和强破坏性的特点，不可避免的会对仪器产生损坏，现有监测手段难以有效的获取相应数据，隧道扰动机理依旧是亟待解决的问题。

模型试验可更直观的反映隧道的物理现象，揭示隧道破坏机理。因此，模型试验结果与现场监测数据形成对比映证共同指导现场施工，对预防控制重大灾害发生、保障施工人员生命财产安全具有重要的科学意义和现实意义。

以往的模型试验系统中，很少将对围岩爆破损伤因素考虑到模型开挖过程中；或通过在洞口处采用强度低的材料，无法有效的模拟爆破开挖过程中硬岩的松动劣化效应，故造成模型试验与实际工程存在较大偏差，模型试验中难以真正实现爆破开挖过程对松动圈的定量表征。由此可见，模式试验系统及方法有待进一步的改进和提高。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于隧道爆破开挖试验等效模型及其使用方法，装置结构简单、设计合理，能够有效模拟隧道爆破开挖后对围岩的劣化。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

用于隧道爆破开挖试验等效模型，包括主箱体和溶液注射装置，所述主箱体为上端敞口的空心长方体，且各面均由多块完全相同的方形钢板组成，钢板外侧面固定有用于加强整体强度的带肋钢筋，钢板连接处设有高强螺栓和供高强螺栓穿过的链接孔，各面的连接处设有L字钢，主箱体内部设有四氟板，四氟板的形状与主箱体相同，相似材料固定于四氟板内侧；溶液注射装置包括嵌入在相似材料内部的注射器和与注射器连接的充气泵。

所述相似材料内部固定有监测元件，且主箱体处开有引线孔，引线孔为圆形通孔且设置在主箱体的左侧面或右侧面，供监测元件利用穿过引线孔的数据线与设置在主箱体旁的计算机连接。

所述主箱体内部还固定有透明板，透明板由透明亚克力制成，且透明板固定在主箱体处注射器插入的一侧、主箱体和四氟板之间，便于直观地观察内部相似材料的破坏状态；同时主箱体固定透明板的一侧开有通孔，孔洞形状与开挖洞口相同且略大于洞口尺寸，通孔用于模拟爆破时向相似材料内开挖并向相似材料内嵌入注射器。

所述注射器包括自外至内的外壁壳、注射针和内壁壳，所述外壁壳和内壁壳均为空心壳体，外壁壳和内壁壳的竖向截面形状为开挖洞口缩小而成，注射针的尾端固定在内壁壳的外侧、首端固定在外壁壳的内侧，且注射针在内壁壳的外侧均匀分布；内壁壳处设有推进杆，推进杆固定在内壁壳插入方向的相反一侧且穿过外壁壳向外伸出，推进杆为空心圆筒，推进杆外壁壳向外依次设有第一转动滑轮和第二转动滑轮。