[发明专利]一种用于冻结施工的模拟试验箱

说明书

本发明公开了一种用于冻结法施工的模拟试验箱，它包括网格框架、挡板和反力架，网格框架通过高强螺栓连接组成六面体框架，六面体框架内壁嵌放有六块挡板；至少一块挡板上预留管线的穿孔；反力架为四边形方框，反力架内框的两相邻边装有千斤顶、另一个边设有反力杠，千斤顶和反力杠穿过挡板连接压力板，反力架的第四边抵紧六面体框架的一个面；箱体内腔排列放置有冻结管，并预埋有渗流水管，渗流出水口的挡板上设有反滤层。本发明的优点是：在荷载、渗流、开挖扰动等多因素耦合作用下，能定量评价冻结法施工全过程对地层温度场、位移场、水分场以及土水压力场的影响。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于冻结法施工的模拟试验箱。

背景技术

冻结法施工技术起源于19世纪60年代，1862年英国南威尔士建筑基础施工中首先使用了冻结法，此后经过一个多世纪的发展逐渐成熟，我国于1955年引进冻结法施工技术，并在开滦林西风井中成功应用，此后冻结法技术逐步推广，冻结法是矿山立井、斜井、平巷穿越高富水地层的有效手段。

近年来随着我国城市化进程的加快，城市发展与城市土地资源短缺的矛盾日益突出，为了解决这一问题，我国大中城市积极开发利用城市地下空间，修建地下商业综合体、地下车库、地下管廊、地铁等地下建筑结构，开发利用城市地下空间成为目前城市发展的新方向；在地下建筑结构施工中经常会遇到高富水卵砾石和软土等不良地质，在施工过程中如果处理不好工程施工与不良地质体之间的关系，就有可能发生非常严重的工程事故。

冻结法施工由于土体加固强度高、止水性能好且不占用地面场地，近年来在城市地下工程施工中受到越来越多的应用。在矿山、隧道、城市地下工程冻结法施工过程中，冻结温度场在地层中的分布、冻结与融化过程中地层位移场的变化、水分在地层的分布状况以及冻结施工全过程中土水压力的变化是决定冻结法施工安全的控制因素，是冻结法设计、施工前必须探明的问题。然而目前的研究成果大多是定性的对这一问题进行描述，难以量化冻结法施工全过程中地层温度场、位移场、水分场以及土水压力场的分布变化规律。为解决冻结法施工量化的问题，目前有两个解决办法：一是现场试验，现场试验虽然可靠度高、数据精确，但是试验花费巨大、费时和费力；二是模型试验，模型试验系统在近些年获得较快发展，但是目前技术还不成熟，比如：现有模型试验装置只考虑了单一因素或少量几个因素，难以模拟现场多因素和复杂工况下的冻结施工全过程。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于冻结施工的模拟试验箱，它能模拟围压、渗流、开挖扰动等因素耦合作用下冻结法施工全过程对地层的影响，实施对地层温度场、位移场、水分场以及土水压力场实时量测。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于冻结施工的模拟试验箱，包括网格框架、挡板和反力架，网格框架通过高强螺栓连接组成六面体框架，六面体框架内壁嵌放有六块挡板；至少一块挡板上预留管线的穿孔；反力架为四边形方框，反力架内框的两相邻边装有千斤顶、另一个边设有反力杠，千斤顶和反力杠穿过挡板连接压力板，反力架的第四边抵紧六面体框架的一个面；箱体内腔排列放置有冻结管，并预埋有渗流水管，渗流出水口的挡板上设有反滤层。

外力通过反力架为模拟试验箱提供两个方向的压力，渗流装置为试样施加渗流场，冷能通过冻结管插入试样中，给试样施加温度场，使试样冻结。测试传感器埋设在试样中，实时测试试样温度场、水分场、位移场以及土水压力场变化规律。

本发明的技术效果是：在荷载、渗流、开挖扰动等多因素耦合作用下，能定量评价冻结法施工全过程对地层温度场、位移场、水分场以及土水压力场的影响，解决了现有冻结法模型试验只考虑单一因素或少量几个因素，难以模拟现场多因素和复杂工况下冻结施工全过程对地层影响的问题。