[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

说明书

一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置及试验方法，不开槽施工土拱效应模拟试验装置，包括：土箱，土箱用于填充土，以模拟埋地管道所受的土压静荷载；试验管，沿水平方向设置在土箱内，用于模拟埋地管道；套管，沿水平方向设置在土箱内，且试验管穿插于套管内；套管内壁与试验管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，用于获取试验管的管周土压力分布以及试验管管身内外壁的应变分布；套管移出机构，用于将套管移出土箱，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。通过实施本发明，可解决现有模拟试验装置无法准确模拟不开槽施工中的土拱效应的问题，并可准确获取管顶覆土位移场及相关土拱参数。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验装置及试验技术领域，具体涉及一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置及试验方法。

背景技术

地下管网是我国城市基础设施建设的重要组成部分，是保障城市正常运行的重要生命线。随着环保意识的逐步提高、城市施工空间的限制以及传统开挖施工对路面交通的严重影响，不开槽施工方法日益得到国内外专家学者的青睐，并逐渐成为我国城市管网建设的首选施工技术。

采用此种施工方法敷设地下管线时，埋地管道管顶竖向土压荷载以及管周土压荷载分布是管道结构设计的重要依据。所以，研究不开槽施工土拱效应对建立科学合理的土压荷载计算方法及管周土压荷载模型至关重要，对进一步优化现有管道结构设计方法具有重要意义。故，本领域技术人员需要一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置，从而对不开槽施工进行模拟试验。

现有土拱试验仪主要通过移动活门诱导土拱效应的产生，并通过活门上方土压力盒测量作用在活门上的土压荷载。然而，在采用不开槽施工方法敷设地下管线时，不开槽掘进所形成的孔洞和管道断面形状通常为圆形。在管道自重的影响下，管道与孔洞间的间隙并非一致，具体情况为：从管顶到管底管道与孔洞间的间隙逐渐减小。因此，现有土拱效应模拟或演示装置无法准确模拟不开槽施工中的土拱效应，难以用于研究不开槽施工土拱效应对管顶及管周土压荷载的影响。

发明内容

本发明旨在提供一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置及试验方法，以解决现有技术中的模拟试验装置无法准确模拟不开槽施工中的土拱效应的问题。为此，本发明提供一种不开槽施工土拱效应模拟试验装置，包括：

土箱，所述土箱用于填充土，以模拟埋地管道所受的土压静荷载；

试验管，沿水平方向设置在所述土箱内，用于模拟埋地管道；

套管，沿水平方向设置在所述土箱内，且所述试验管穿插于所述套管内；所述套管内壁与所述试验管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管身周围的土压力分布以及所述试验管管身内外壁的应变分布；

套管移出机构，用于将所述套管移出所述土箱，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。

可选的，不开槽施工土拱效应模拟试验装置，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所述试验管管顶覆土位移场及相关土拱参数。

可选的，所述传感器组件包括：压力传感器和应变传感器；

所述压力传感器固定于所述试验管外壁；

所述应变传感器固定于所述试验管同一截面的内外壁。

可选的，所述套管移出机构通过盲板与所述套管可拆卸相连；

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

可选的，所述套管的端部设置有外螺纹，所述螺纹连接槽设置有与所述外螺纹相适配的内螺纹；和/或，