[发明专利]一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置及试验方法，包括模型箱，模型箱内填有土体，土体内有隧道孔洞，隧道孔洞内有隧道模型和变形控制装置，变形控制装置介于隧道模型和土体之间，与土体直接接触，变形控制装置在隧道模型外面包裹着隧道模型；该试验装置能够弥补传统模型试验中对隧道或围岩受力特性单独模拟方法的不足，可以动态模拟隧道开挖时隧道模型与围岩的相互作用及力学特性，对复杂地质条件及新型隧道结构的应用研究提供更加丰富的测试数据，使的在模拟隧道开挖时，对围岩及隧道的力学特性评价更加可靠。

技术领域

本发明涉及公路隧道建设技术领域，具体为一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置及试验方法。

背景技术

在需要研究新型隧道支护形式，或隧道在复杂地质条件下的结构安全，而缺少可借鉴的方案时，通常进行缩尺比例试验来研究复杂围岩或新型隧道结构的力学特性。

目前的试验方法通常将围岩与隧道分开进行，要么研究围岩下隧道结构的力学特性，要么研究隧道开挖下围岩的力学特性，缺少可以同时考虑隧道开挖对围岩和隧道结构的相互影响的试验装置。

发明内容

针对目前隧道模型试验方法的单一，本发明提供一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置及方法，能够在模拟隧道开挖的同时对隧道和围岩的力学特性进行同步研究。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种模拟隧道开挖变形控制的试验装置，包括模型箱，隧道模型和储液管；

所述模型箱中填充有土体，隧道模型预埋在土体中，储液管呈层状缠绕在隧道模型的外壁上，储液管中灌注有液体，储液管的出口设置有量液器；

所述土体中还埋置有多个压力测量装置，压力测量装置位于隧道模型的顶部。

优选的，所述储液管的进液口上设置有注液开关和注液接头，注液接头与液体源连接，其出液口依次设置排液开关和排液接头，排液接头与量液器连接。

优选的，所述储液管螺旋缠绕在隧道模型的外壁上，储液管的直径小于或等于隧道模型直径的五分之一。

优选的，所述多个压力测量装置自下而上间隔设置，相邻两个压力测量装置的间距为0.5倍的隧道模型的外直径，最下层的压力测量装置距离隧道模型顶部的距离为0.5倍的隧道模型的外直径。

优选的，所述压力测量装置为微型土压力盒。

优选的，所述隧道模型的两端分别与模型箱的两个侧壁接触。

本发明还提供了上述模拟隧道开挖变形控制的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤1、在储液管中注入液体；

步骤2、将储液管缠绕在隧道模型的外壁上，并记录储液管缠绕在隧道模型的初始刻度L1与终止刻度L2；

步骤3、确定隧道模型底部距离模型箱底部的高度h；

步骤4、在所述模型箱中逐层填筑土体并夯实，将缠绕储液管的隧道模型放置在模型箱中，并使隧道模型底部与模型箱底部的高度为h；

步骤5、继续在模型箱中填入土体，并在土体中自下而上间隔埋入多个微型土压力盒，直至土体填满模型箱；

步骤6、分多次排出储液管中的液体，模拟隧道开挖引起围岩变形，获取每次排出液体的体积V，以及每次排出液体后，土体变形后处于稳定状态时，每个微型土压力盒的压力参数；

步骤7、根据隧道模型和储液管尺寸参数，将排出液体的体积转换为隧道变形量；

步骤8、根据所有的隧道变形量s和对应的每个微型土压力盒的压力参数，绘制隧道变形量s与土体的压力关系，得到围岩压力随围岩变形量的动态变化关系。