[发明专利]一种挤压排液式盾构开挖模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种挤压排液式盾构开挖模拟试验装置，其特征是，包括模型箱(1)、螺旋丝杆(7)和伺服电机(8)，所述模型箱(1)内设置有模型隧道(10)，所述模型隧道(10)的表面固定设置有液囊(11)，所述液囊(11)连接有排液管(2)，所述液囊(11)外套设有套箍环片(12)，所述螺旋丝杆(7)上套设有拉索连接板(15)，所述拉索连接板(15)内侧设置有内螺纹，所述套箍环片(12)和所述拉索连接板(15)之间设置有拉索(13)，所述拉索(13)的两端分别与所述套箍环片(12)和所述拉索连接板(15)固定连接，所述螺旋丝杆(7)的前端与所述模型箱(1)旋转连接，所述螺旋丝杆(7)的后端与所述伺服电机(8)的输出轴固定连接；所述螺旋丝杆(7)的外侧套设有张拉套筒(3)，所述张拉套筒与所述拉索连接板(15)相互固定；

所述模型隧道(10)的两端通过法兰盘(9)与所述模型箱(1)固定连接，所述拉索(13)贯穿所述模型隧道(10)末端的法兰盘(9)；

所述拉索连接板(15)的外沿设置有限位槽(16)，所述张拉套筒(3)的内侧设置有限位条(17)。

2.根据权利要求1所述的挤压排液式盾构开挖模拟试验装置，其特征是，所述螺旋丝杆(7)的前端套设有前滚动轴承(141)，所述前滚动轴承(141)与所述模型箱(1)连接，所述拉索(13)贯穿所述前滚动轴承(141)。

3.根据权利要求1所述的挤压排液式盾构开挖模拟试验装置，其特征是，所述螺旋丝杆(7)的后端还设置有后滚动轴承(142)。

4.根据权利要求3所述的挤压排液式盾构开挖模拟试验装置，其特征是，所述张拉套筒(3)下方设置有张拉区底板(4)，所述张拉套筒(3)的末端还设置有张拉区面板(6)，所述张拉区面板(6)套设在所述后滚动轴承(142)外。

5.根据权利要求4所述的挤压排液式盾构开挖模拟试验装置，其特征是，所述张拉区底板(4)与所述张拉区面板(6)之间还设置有肋板(5)。

6.一种挤压排液式盾构开挖模拟试验方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：在模型隧道(10)表面固定好液囊(11)，液囊(11)中注入密度接近天然土体的液体至注入液体的体积为地层损失的总体积，随后关闭排液管(2)；

S2：在液囊(11)上套入套箍环片(12)，并将连接拉索(13)的一端与套箍环片(12)连接，将拉索(13)穿过模型箱(1)，并将拉索(13)的另一端连接至拉索连接板(15)，然后安装螺旋丝杆(7)和前滚动轴承(141)，套入张拉套筒(3)，并将张拉套筒(3)内的限位条(17)卡在拉索连接板(15)上的限位槽(16)内，再将螺旋丝杆(7)与伺服电机(8)连接；

S3：将土体分层填入模型箱(1)，并分层击实，同时，在模型隧道(10)周围布置土压力计、孔压计和地表位移计来监测盾构施工对土体的扰动效应；

S4：在模型箱(1)顶部安装LVDT，用于测量地表变形；

S5：启动伺服电机(8)，驱动螺旋丝杆(7)转动，带动拉索连接板(15)和张拉套筒(3)整体向外运动，进而拉动拉索(13)向外运动，套箍环片(12)在拉索(13)的牵引下沿模型隧道(10)移动，移动中的套箍环片(12)挤压液囊(11)，液囊(11)通过排液管(2)排液模拟隧道的地层损失，同时，套箍环片(12)的移动模拟隧道与周围土体的摩擦作用；

S6：通过土压力计、孔压计和地表位移计来采集土压力、孔压力和地表沉降量，通过排液管(2)排出的液体体积记录地层损失量；

S7：关闭伺服电机(8)，试验结束。