[发明专利]单圆盾构土仓渣土流动特性可视化观测试验系统及方法

摘要

一种单圆盾构土仓渣土流动特性可视化观测试验系统，包括模型土箱、缩尺单圆盾构机掘削系统模拟试验装置、均布荷载加载装置和PIV数字图像处理系统；所述模型土箱内装有透明土，上盖拆除后连接均布荷载加载装置，模型土箱附有分隔板一端连接缩尺单圆盾构机掘削系统模拟试验装置，在土箱上方及侧面分别布置激光器，采用CCD照相机采集图像并通过连接计算机以控制图像采集并对图像数据进行分析。本发明还公开了使用该系统进行观测试验的方法。本发明通过透明土、透明模型土箱、透明盾构机模型实现可视化环境，利用商用PIV数字图像处理系统，直接观测、记录并显现缩尺单圆盾构机掘削系统模拟试验装置掘削时土仓室内渣土流动和开挖面前方土体变形特性。

主权项

一种单圆盾构土仓渣土流动特性可视化观测试验系统，其特征在于：包括模型土箱、缩尺单圆盾构机掘削系统模拟试验装置、均布荷载加载装置和PIV数字图像处理系统；所述模型土箱内装有透明土，所述模型土箱的上盖拆除后连接均布荷载加载装置，模型土箱的一端带有分隔板，该分隔板的一端连接缩尺单圆盾构机掘削系统模拟试验装置的盾构机模型外壳，在模型土箱上方及侧面分别布置激光器，采用高像素相机采集图像并通过连接计算机以控制图像采集并对图像数据进行分析；所述PIV数字图像处理系统包括激光器、高像素相机和计算机；所述缩尺单圆盾构机掘削系统模拟试验装置包括刀盘、盾构机模型外壳、螺旋输送机模型；所述盾构机模型外壳呈圆柱体，安装在模型土箱装有分隔板的一端，所述盾构机模型外壳端部连接盾构模型掘进驱动电机；盾构机模型外壳内一侧固定集土器，另一侧装有隔板，刀盘固定在盾构机模型外壳装有隔板一端，刀盘上固定有搅拌棒，隔板与刀盘构成模拟盾构的土仓，刀盘驱动电机设置在隔板另一侧，通过刀盘传动轴与刀盘连接；隔板上固定有螺旋输送机模型，螺旋输送机模型与集土器对接并与该集土器呈夹角；所述模型土箱和盾构机模型外壳由透明材料制成，与透明土共同构成可视化环境；所述透明土与真实土体性质相似，并在其中加入碳颗粒作为示踪粒子。