[发明专利]富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟系统

说明书

本发明公开了富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟系统，属于隧道受力模拟领域，包括模型箱，模型箱中下部设置有聚丙烯管，聚丙烯管开口端下部设置有水量测量装置，聚丙烯管上设置有泄水孔，模型箱内的聚丙烯管圆周外设置有与聚丙烯管内连通的纵向盲管和环向盲管，密封箱内布置有模拟裂隙的土工布和孔隙水压力计，孔隙水压力计与静态应变仪连接，聚丙烯管、纵向盲管、环向盲管、土工布四周设置长方体围岩，模型箱顶部设置有密封顶盖，顶盖上设置有进水口和调压阀门，顶盖上还设置有压力表，模型箱底部设置有排水阀门。本发明准确的模拟富水区裂隙岩体隧道衬砌的真实地下水环境，便于衬砌背后、裂隙面上及围岩中水压力分布特征的测试与分析。

技术领域

本发明涉及隧道受力模拟领域，尤其是一种隧道衬砌水压力模拟系统。

背景技术

根据我国发展战略的需要，对交通基础建设的需求在日益增加，铁路、公路路网的完善是交通基础建设中的重点，而路网的完善要不可避免的修建大量的山岭隧道。特别是我国西部地区，多山且地质构造复杂，丰富的地下水为隧道的修建带来技术难题，尤其是在有裂隙的山体中修建大埋深隧道，衬砌往往需要承受高水压，这对隧道结构非常不利。为了降低衬砌水压力，目前主要采用的是“以堵为主，限量排放”的治水方案，在不影响当地生态环境的同时， 可以有效的降低衬砌水压力。高水压富水地区不仅隧道的修建非常困难，已建成的隧道，运营中时常有衬砌结构变形、开裂、破坏等病害发生，主要原因是隧道衬砌承受较大的水压力。在“以堵为主，限量排放”的治水方案下， 隧道结构必定要受到地下水的影响，因此，试验研究在高水压下衬砌背后水压力分布特征显得尤为重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟系统，准确的模拟富水区裂隙岩体隧道衬砌的真实渗流环境，便于衬砌背后、裂隙面上及围岩中水压力分布特征的测试与分析。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟系统，包括长方体模型箱，所述模型箱中下部设置有穿透模型箱两个相对侧壁的一端封闭一端开口的聚丙烯管，聚丙烯管开口端下部设置有水量测量装置，聚丙烯管外圆周上设置有泄水孔，所述模型箱内的聚丙烯管圆周外设置有与聚丙烯管内连通的纵向盲管和环向盲管，密封箱内布置有模拟裂隙的土工布和孔隙水压力计，所述孔隙水压力计与连接在计算机上的静态应变仪连接，所述聚丙烯管、纵向盲管、环向盲管、土工布四周设置由水泥砂浆浇筑而成的模拟岩体的长方体围岩，所述模型箱顶部设置有密封顶盖，所述顶盖上设置有向模型箱内提供压力水的进水口和调压阀门，所述顶盖上还设置有测量模型箱内顶面水压的压力表，所述模型箱底部设置有模拟隧道底面透水边界的排水阀门。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述纵向盲管沿着聚丙烯管长度方向设置在聚丙烯管两侧底部，环向盲管沿着聚丙烯管外圆周布置，环向盲管与纵向盲管相连通，纵向盲管与聚丙烯管连通，纵向盲管和环向盲管均包括内部的弹簧，弹簧外包裹纱布。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述进水口上端通过高压水管与压力水源连接，进水口处的设置有阀门a，压力水源处设置有阀门b，所述高压水管上还设置有一个分支出水管，所述分支出水管上设置有阀门c。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述顶盖上设置有与模型箱内连通的阀门d。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述土工布按照模拟试验的内容进行布置，模拟一条贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置一面土工布，截取三个平行于土工布的断面，分别为两端的断面a、断面c和中间的断面b，所述断面b与土工布重合，断面a经过环向盲管，孔隙水压力计设置在断面a、断面b和中间的断面c上；

模拟两条平行贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置两面土工布，截取三个平行于土工布的断面，分别为两端的断面A、断面C和中间的断面B，所述断面A和断面C与土工布重合，断面A和断面C经过环向盲管，孔隙水压力计设置在断面A、断面C和中间的断面B上。