[发明专利]一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，包括：

土箱(1)，所述土箱(1)用于填充土，以模拟埋地管道所受的土压静荷载；

试验管(2)，沿水平方向设置在所述土箱(1)内，用于模拟埋地管道；

套管(3)，沿水平方向设置在所述土箱(1)内，且所述试验管(2)穿插于所述套管(3)内；所述套管(3)内壁与所述试验管(2)外壁间的间隙用于模拟埋地管道与不开槽施工掘进所产生的孔洞间的非均匀间隙；

传感器组件，用于获取所述试验管(2)管身周围的土压力分布以及所述试验管(2)管身内外壁的应变分布；

套管移出机构，用于将所述套管(3)移出所述土箱(1)，以模拟不开槽施工中由于管道与孔洞间不均匀间隙所诱发的土拱效应。

2.根据权利要求1所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，还包括：位移实时捕捉系统，所述位移实时捕捉系统采用数字图像相关法获取管顶覆土位移场及相关土拱参数。

3.根据权利要求1所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，所述传感器组件包括：压力传感器(5)和应变传感器(6)；

所述压力传感器(5)固定于所述试验管(2)外壁；

所述应变传感器(6)固定于所述试验管同一截面的内外壁。

4.根据权利要求1所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，所述套管移出机构通过盲板(7)与所述套管(3)可拆卸相连；

所述套管(3)通过螺纹结构与所述盲板(7)相连；所述盲板(7)的一侧设置有至少两组与不同直径的所述套管(3)相适配的螺纹连接槽(8)，所述盲板(7)的另一侧设置有与所述套管移出机构相连的连接部(9)。

5.根据权利要求4所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，所述套管(3)的端部设置有外螺纹，所述螺纹连接槽(8)设置有与所述外螺纹相适配的内螺纹；和/或，

所述盲板(7)为不锈钢材质；和/或，

所述盲板(7)上设置有3组所述螺纹连接槽(8)；和/或，

所述连接部(9)为吊环。

6.根据权利要求4所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，还包括：支撑框架，包括：立柱(10)、固定于所述立柱(10)上的横梁(11)；

所述套管移出机构包括：设置在所述横梁(11)上的卷扬机(12)、设置在所述立柱(10)底部的滑轮(13)；所述卷扬机(12)上的绞车钢丝穿过所述滑轮(13)与所述盲板(7)的连接部(9)相连，以将所述套管(3)缓慢匀速拔出，进而模拟不开槽施工中由于管道与孔洞间不均匀间隙所诱发的土拱效应；

所述立柱(10)的内侧设置有线性滑轨，所述滑轮(13)通过第一导轨滑块(14)滑动设置于所述立柱(10)上；所述横梁(11)通过第二导轨滑块(15)滑动设置于所述立柱(10)上。

7.根据权利要求6所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，还包括：

地表堆积荷载模拟机构，用于向所述土箱(1)内的填土施加荷载，以模拟地表堆积荷载；

所述地表堆积荷载模拟机构包括：通过第三导轨滑块(16)滑动设置于所述横梁(11)上的液压油缸(17)，所述横梁(11)设置有与所述第三导轨滑块(16)相适配的线性滑轨；所述液压油缸(17)通过与其转动相连的加压板(18)对所述土箱(1)内的填土施加载荷。

8.根据权利要求6所述的不开槽施工土拱效应模拟试验装置，其特征在于，所述土箱(1)的正面、背面、底面以及靠近所述滑轮(13)一侧的第一侧面为非观察面，材质为不锈钢板；所述土箱(1)远离所述滑轮(13)一侧的第二侧面为观察面，材质为透明亚克力板；

所述土箱(1)的正面、背面、底面以及第一侧面不锈钢板通过焊接固定；在所述正面和所述背面远离所述滑轮(13)的一端设置有滑槽；

所述第二侧面通过所述滑槽与所述正面、所述背面、所述底面和所述第一侧面合围形成所述土箱(2)。