[实用新型]基于平面应力模型的隧道突水物理模拟试验系统

说明书

本实用新型公开了一种基于平面应力模型的隧道突水物理模拟试验系统，其通过地应力加载组件可全面模拟实际岩(土)体的受力状态，通过水压加载组件，可最大程度还原隧道围岩(土)体的地下渗流环境，能用于模拟隧道突水、真实反映灾变过程，可以节省大量资金和人力物力，具有试验成本低、周期短、操作方便的特点。

技术领域

本实用新型属于岩土工程技术领，尤其涉及一种基于平面应力模型的隧道突水物理模拟试验系统。

背景技术

随着我国经济的高速发展，水电工程和交通运输等重大基础设施越来越受到人们的重视，岩土工程的研究重点日益转向地下，交通隧道、水利水电工程中的引水隧洞等地下工程越来越多，如锦屏二级水电站引水隧洞、武汉长江隧道、青岛胶州湾隧道等。受高水压力和复杂地质条件的影响，隧道在施工过程中极易诱发突水、涌泥、塌方等地质灾害，为隧道工程安全建设和工程防灾减灾带来严峻挑战。

室内物理模拟试验是一种在满足一定相似定律的前提下，对岩土体进行缩尺寸模拟的物理模型试验方法，是研究地下工程问题常用的一种手段。相比于传统的物理模型试验，由于水下隧道涉及水对工程结构的影响，流固耦合作用下的复杂性使得以往的模型试验研究无法满足隧道突水物理模拟试验的需要。

在实现本实用新型的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：

现有技术中的模型试验研究并不能很好地反映水环境下隧道突水灾变过程，还存在许多不足之处，如地应力加载、水压控制、试验系统密封性等，为研制一套实用、可靠，可用于模拟隧道突水，真实反映灾变过程的物理模型试验系统及试验方法是当前亟待解决的科学问题。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于平面应力模型的隧道突水物理模拟试验系统及试验方法，以很好地反映水环境下隧道突水灾变过程。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于平面应力模型的隧道突水物理模拟试验系统，所述试验系统包括试验结构架、密封箱、地应力加载组件、水压加载组件、数据采集监测组件，

所述密封箱为六块钢化玻璃板组成的立方体状，所述密封箱位于安装框架内，所述密封箱安装在所述试验结构架上，所述密封箱内填充有试验层，所述试验层为流固耦合相似材料铺设而成，所述密封箱的内壁和所述试验层之间铺设有密实隔水材料层，位于上方的所述密实隔水材料层和所述试验层之间铺设有透水材料层；

所述地应力加载组件包括多个竖向动力加载单元和多个水平动力加载单元，多个所述竖向动力加载单元的固定端安装在所述试验结构架上，多个所述竖向动力加载单元的伸缩端沿竖向伸缩，多个所述竖向动力加载单元的伸缩端等间距作用在所述密封箱的上侧，多个所述水平动力加载单元沿竖向对称设置有两组，每组所述水平动力加载单元的固定端安装在所述试验结构架上，每组所述水平动力加载单元的伸缩端均沿水平横向伸缩，每组所述水平动力加载单元的伸缩端分别对应等间距作用在所述密封箱的水平横向两侧；

所述水压加载组件包括水箱、水压加载泵和进水管，所述进水管的一端和所述水箱连通，所述水压加载泵安装在所述进水管上，所述进水管的另一端穿过上方的所述密实隔水材料层中；

所述数据采集监测组件包括位移变形传感器、渗压传感器、压力传感器、高速摄像机以及计算机，所述位移变形传感器、渗压传感器、压力传感器埋设在所述试验层中，所述位移变形传感器、渗压传感器、压力传感器均和所述计算机相连接，所述高速摄像机安装在所述试验结构架外侧，用于全程记录围岩渗透失稳全过程。

进一步地，位于水平纵向两侧的两个所述钢化玻璃板的中部设置有安装孔，所述安装孔内设置有圆形钢化玻璃板。

更进一步地，所述圆形钢化玻璃板和所述安装孔之间设置有密封圈，以保证密封效果。