[发明专利]一种水土压力分别可控的模型隧道试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种水土压力分别可控的模型隧道试验装置及试验方法，属于隧道模型试验技术领域，目的在于实现试验中水、土压力分别独立控制。它包括岩土三轴试验系统和隧道模型试验箱，前者包括加载框架、注水泵、压力体积控制器和总控计算机，后者包括密封连接的箱盖和箱体，箱体上层包括活塞组件，下层包括模拟地层，模拟地层中设隧道模型；模拟地层上铺设孔隙加载板；活塞组件包括配合设置的上段加载活塞、下段加载活塞，以及平衡缸，上段加载活塞穿过箱盖的贯穿孔与荷重传感器连接，下段加载活塞的下端与孔隙加载板连接；注水泵和压力体积控制器通过液压管路与箱体底部的水压加载孔连接；总控计算机与压力体积控制器、加载框架电连接。

技术领域

本发明涉及隧道模型试验技术领域，具体涉及一种水土压力分别可控的模型隧道试验装置及试验方法。

背景技术

为加速建设地下交通体系，我国隧道数量呈井喷式发展，运营里程已超过2万公里。隧道工程的主要任务之一是保证所修建的隧道结构安全稳定，即隧道结构在允许的变形范围内抵抗住周围水、土压力，这就需要研究隧道在水、土压力组合作用下的力学响应。隧道在运营寿命内所受的水、土压力往往是变化的，以城市地下交通隧道为例，其所受水压和土压主要由地下水位和上覆土重决定，而地下水位随降雨、地下水抽排等因素而变化，上覆土重也受地面加载(如堆载)、卸载(如开挖)等影响。因此，在隧道力学响应研究中，所施加的水、土压力应是可变的。

模型试验又称相似试验，是利用相似理论将实际工况(隧道结构、地层、载荷等)按比例缩小至合适的尺度再开展试验，因其可信度和经济性俱佳，已成为工程研究的主要手段。随着试验装备技术的发展，当前隧道模型试验装置已能够实现土压力的单独控制，部分装置可实现水、土压力联合控制(同步控制)。但对于加载条件更为复杂的水、土压力分别独立控制，目前尚未有成熟的模型试验装置。

因此，亟需提供一种水土压力分别可控的模型隧道试验装置和试验方法，以避水压力和土压力的相互影响。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种水土压力分别可控的模型隧道试验装置和试验方法，利用岩土三轴试验系统作为加载源，模拟地层中孔隙水压由压力体积控制器控制，土压力的施加则采用孔隙加载板配合平衡缸式加载活塞实现，利用上述自平衡加载结构和三轴试验系统的实时联动加载能力，实现水、土压力的加载互不影响。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种水土压力分别可控的模型隧道试验装置，包括：

岩土三轴试验系统，所述岩土三轴试验系统包括加载框架、注水泵、压力体积控制器和总控计算机，所述加载框架包括底部承压台，所述底部承压台上方设有加载推杆，所述底部承压台与两侧承压架相连，所述两侧承压架之间顶部焊接有横梁，所述横梁下端设有荷重传感器；

隧道模型试验箱，所述隧道模型试验箱包括密封连接的箱盖和箱体，所述箱盖中部开设有一贯穿孔；所述箱体分成上下两层空间，上层空间包括活塞组件，下层空间通过设置直接承受加载推杆反力的模拟地层，所述模拟地层中埋设隧道模型，用于模拟既有隧道；所述模拟地层上表面还铺设有孔隙加载板；所述活塞组件包括配合设置的上段加载活塞、下段加载活塞，以及围合于二者之间的平衡缸，所述上段加载活塞穿过所述箱盖的贯穿孔与荷重传感器下表面连接，所述下段加载活塞的下端与所述孔隙加载板的上表面连接；

所述箱体底部设有水压加载孔，所述注水泵和压力体积控制器通过液压管路与所述水压加载孔连接；

所述总控计算机与所述压力体积控制器、加载框架电连接。

与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：