[发明专利]一种隧道管片上部土体受荷变形实验装置及实验方法

说明书

本发明要解决的问题是提供一种隧道管片上部土体受荷变形实验装置及实验方法，可以用于模拟隧道施工过程管片上部土体的受荷变形，从而精确分析隧道施工对上部土体及地表建筑的扰动，为隧道的设计与施工提供理论依据，其包括模型箱、加载装置和管片，所述模型箱为上端面敞开的方形箱体，所述模型箱的前壁和后壁均为透明面板，所述模型箱的左右侧壁均为检测板；所述模型箱内装有实验土体后，所述管片的背面压在实验土体上，所述加载装置连接所述管片的正面；两个检测板的内侧面以及所述模型箱的底座均设有压力传感器。

技术领域

本发明涉及隧道管片实验领域，具体涉及一种隧道管片上部土体受荷变形实验装置及实验方法。

背景技术

当今世界，随着科技的日益发展，拥挤的交通成为各大城市发展的难题。单一的地面交通已经无法满足日益增长的人口所需要的出行条件，地下空间的开发利用很大程度上缓解了地面交通的压力。比如盾构机施工的方式，盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建（铺设）隧道之“盾”（指支撑性管片），它区别于敞开式施工法。盾构管片（又称隧道管片）是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。

由于地下空间不确定因素较多，地下建筑的施工也较为复杂，当城市地下空间施工时，往往会改变地下土体的原有应力状态，致使地层产生变形和损失。而地层损失往往会对地面、地下空间结构本身和地表上部结构产生影响和危害，轻则延误工期、增加施工工程量，重则导致地面开裂、房屋塌陷以及重大安全事故，威胁到人民的生命和财产安全。若能有一种装置，能模拟地下建筑施工时土体的受荷变形， 则能判断施工时土体发生的变形大小，从而预估施工对地面及地下建筑的危害程度，并采取有效的控制措施，最大程度地降低施工风险。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种隧道管片上部土体受荷变形实验装置及实验方法，可以用于模拟隧道施工过程管片上部土体的受荷变形 ，从而精确分析隧道施工对上部土体及地表建筑的扰动，为隧道的设计与施工提供理论依据。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种隧道管片上部土体受荷变形实验装置，包括模型箱、加载装置和管片，所述模型箱为上端面敞开的方形箱体，所述模型箱的前壁和后壁均为透明面板，所述模型箱的左右侧壁均为检测板；

所述模型箱内装有实验土体后，所述管片的背面压在实验土体上，所述加载装置连接所述管片的正面；

两个检测板的内侧面以及所述模型箱的底座均设有压力传感器。

进一步的，所述前壁和后壁左右两端的内侧面对称设有安装槽，所述前壁和后壁的顶端分别设有对齐所述安装槽的回形架，所述检测板从上往下穿过所述回形架后插入所述安装槽能实现组装。

进一步的，所述检测板为具有韧性的塑料材质板，所述检测板的下端拼接有透水石板。

进一步的，所述压力传感器均为薄膜压力传感器，其数量为四个；其中，两个薄膜压力传感器左右对称铺设在所述模型箱的底座左右两侧位置，所述模型箱的底座中间位置设有液压囊；另外两个薄膜压力传感器分别对应铺设在两个检测板内侧面。

进一步的，所述加载装置为电液推杆，所述管片的正面中心位置固定有载荷分布板，所述电液推杆的活动端固定连接所述载荷分布板。

进一步的，所述前壁和后壁均为透明高强树脂材料板。

一种采用本发明所述的隧道管片上部土体受荷变形实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一、在模型箱内放入实验土体，通过挤压土体使其趋于密实，同时观察模型箱左右两检测板以及底座的压力传感器检测的压力数值，并与测得的现场实验土相同位置点的压力数值进行比较，通过不断挤压实验土测量直至与现场实验土压力数值相当；

步骤二、将管片放置在模型箱内实验土上方，并使管片的背面与实验土体紧密接触；