[发明专利]一种陡倾节理地层小净距大断面隧道的模型试验方法

说明书

本发明涉及一种陡倾节理地层小净距大断面隧道的模型试验方法，属于岩土及地下工程中的隧道工程技术领域。该方法中通过使用特定的井字架，能够更好地模拟实际工程中陡倾节理地层小净距大断面隧道的分部开挖，其中该井字架中支撑部由钢板焊接而成，钢板完全隔开，减小分块开挖时，正在开挖部分对未开挖部分岩土体的扰动，同时承担临时支撑的作用；井字架中特定尺寸的拱圈在模拟隧道开挖过程中能够起到良好的支护作用，井字架中特定厚度的铁皮，将隧洞内填充的围岩与开挖限界外侧围岩隔离开，该铁皮刚度满足变形要求，内部填充围岩材料并压实后可有效的保证开挖限界。该方法能够真实、全面、直观地反映隧道开挖过程中围岩的受力特征、变形趋势和稳定性特点。

技术领域

本发明属于岩土及地下工程中的隧道工程技术领域，具体涉及一种陡倾节理地层小净距大断面隧道的模型试验方法。

背景技术

隧道力学的理论分析不能够完全反映实际工程状况，因此国内外很多学者提出了模型试验研究方法，在基本满足相似原理的条件下，能避开数学和力学上的困难，真实、全面、直观地反映隧道开挖过程中围岩的受力特征、变形趋势和稳定性特点，因此隧道模型试验成为了研究隧道问题的重要方法。

在隧道模型试验过程中，选择与实际工程力学性质相似的材料是模型试验的基础，也是模型试验能否成功的关键。目前，试验室隧道模型试验采用的初期支护相似材料通常有：等效抗拉强度、抗弯刚度的铝丝、铁丝等。李伟采用直径0.1mm的铝丝模拟锚杆杆体，采用直径5mm的铁丝模拟钢支撑【李伟.基于构造地应力环境的隧道开挖支护模型试验和数值模拟研究[D].长沙理工大学,2011.】，该材料虽然能够模拟锚杆，但铝丝直径过细，且其刚度并不能够满足，压实过程中容易变形，难以控制，同时其模型试验较小不能宏观的显示试验规律；张治国利用空心铝管模拟隧道衬砌，并用充满水的橡皮膜模拟隧道围岩的变形，空心铝管截面并不能符合隧道多心圆截面，只能局限模拟盾构开挖技术，利用充水橡皮膜比较实验室调配的围岩材料模拟围岩变形不能贴切的实际的围岩刚度要求，充水橡皮膜刚度较小，不能发挥围岩的支撑作用；邵珠山依赖先进的实验装置模拟围岩蠕动变形特点，操作复杂且千斤顶分布要求较高，若千斤顶分布不均，易发生应力集中，造成实验失败。因此，为了能够真实、全面、直观地反映隧道开挖过程中围岩的受力特征、变形趋势和稳定性特点，需要使用与实际工程力学性质相似的材料及基于该材料的隧道模型试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种陡倾节理地层小净距大断面隧道的模型试验方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种陡倾节理地层小净距大断面隧道的模型试验方法，所述方法包括如下步骤：

首选，将隧道模型试验箱调平，所述隧道模型试验箱正面和背面的中部对称设置有观测窗口，所述观测窗口内设置有处于同一水平相距0-2.5B的左、右两个相同的隧道，在所述隧道模型试验箱正面标记出陡倾节理地层位置，所述位置具体为：所述陡倾节理地层沿所述隧道模型试验箱正面左下角向右上角倾斜，斜穿左侧隧道，右侧隧道则处于所述陡倾节理地层下方；所述B为所述隧道的跨度；

然后，向所述左、右两个相同的隧道中置入与所述隧道大小匹配的井字架，以标记的陡倾节理地层位置为分界线，在所述分界线上方填充砂质泥岩相似材料，所述分界线下方填充砂岩相似材料，分界线上铺设节理相似材料，并在填充各材料的过程中埋入压力传感器；所述井字架的长度等于所述隧道模型试验箱正面和背面的距离，所述井字架由端面呈井字以钢板焊接而成的支撑部、包围所述支撑部侧面的外围层、环绕在所述外围层中部的拱圈和与所述拱圈可拆卸连接的若干根锚杆组成；

最后，经养护后将所述压力传感器与采集器和电脑连接，分别在各井字架分隔出的三行三列共9个区域上标记开挖顺序编号，根据所述开挖顺序编号进行加载开挖试验，挖掘完成后取出两个井字架，进行数据处理，即可；所述各井字架的开挖顺序编号具体为，按从左到右的顺序，第一行的编码为①、⑦、②，第二行的编码为③、⑧、④，第三行的编码为⑤、⑨、⑥。