[发明专利]一种矩形顶管模型试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种矩形顶管模型试验装置，其特征在于，包括：

模型箱，用于装载试验土体，并且其相对的第一侧和第二侧对应开设有矩形孔洞；

顶管替代段，其从所述模型箱的第二侧的矩形孔洞中部分或全部地穿设在所述模型箱中，用于模拟顶管机开挖和排出被开挖土体的过程；

顶管管节，包括管节一和管节二至管节N，其中所述管节一与所述顶管替代段的末端连接；

加载装置，设置在所述顶管替代段的前方，用于拉动所述顶管替代段，并且在拉动过程中所述管节二至管节N从所述模型箱的第一侧的矩形孔洞中向所述管节一同步依次顶进。

2.根据权利要求1所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述模型箱为透明无盖箱体，所述第一侧和第二侧为可拆卸箱板，其上开设有矩形孔洞。

3.根据权利要求1所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述顶管替代段包括四个常规拼接段，四个常规拼接段相互拼接形成最小掘进尺寸的矩形顶管模型。

4.根据权利要求3所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述四个常规拼接段横截面为L型，四个L型常规拼接段形成矩形顶管模型的四角。

5.根据权利要求3所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述顶管替代段还包括设置在相邻两个常规拼接段之间的至少一个自由拼接段，并且所述自由拼接段在矩形顶管模型的至少其中两个相对面对称设置，常规拼接段与自由拼接段相互拼接形成预定掘进尺寸的矩形顶管模型。

6.根据权利要求5所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述常规拼接段和自由拼接段的拼接方式为插槽式拼接，常规拼接段和自由拼接段的两侧边拼接处分别设有槽和/或齿。

7.根据权利要求1所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述加载装置包括支撑平台、滑动架和顶推机构，其中所述支撑平台设在所述模型箱第二侧的矩形孔洞前方，所述滑动架连接所述顶管替代段，能够在所述顶推机构的顶推作用下在所述支撑平台上前后滑动以拉动所述顶管替代段。

8.根据权利要求7所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述支撑平台两侧沿顶进方向设有导轨；所述滑动架包括连接所述顶管替代段的施力杆，连接在施力杆两端并与两侧导轨配合的滑动块，以及与两侧滑动块连接的施力架，所述施力架设置在支撑平台下方。

9.根据权利要求7所述的矩形顶管模型试验装置，其特征在于，所述顶推机构包括反力架和油缸，所述反力架横跨所述支撑平台两侧设置，所述油缸设置在反力架上，通过油缸推拉所述施力架带动顶管替代段沿导轨运动。

10.一种矩形顶管模型试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：依据试验方案中设定的顶管管节尺寸、埋深和数量，选取对应矩形孔洞的模型箱，拼接对应的顶管替代段；

S2:依据试验方案中的土体参数，以试验相似比设定在顶管替代段上，用以模拟原状土体；

S3:预先在支撑平台上拉动顶管替代段，测得顶管替代段与支撑平台的动摩擦因数，求得顶管替代段伸出长度与摩擦力的关系曲线；

S4:向模型箱中填入试验土体，并按照试验方案完成相关监测前置准备工作；

S5：试验土体填至顶管替代段底标高时，将顶管替代段依次穿过模型箱的第二侧和第一侧的矩形孔洞，整体插入模型箱内，而后继续填入试验土体直至指定标高；

S6：在顶管替代段的末端连接管节一，并按照试验方案完成相关监测前置准备工作；

S7：启动加载装置，拉动顶管替代段的同时从模型箱的第一侧的矩形孔洞中向管节一同步依次顶进管节二至管节N；

S8：同步导出监测数据，减去S3求得的摩擦力得到应力-应变曲线。