[发明专利]一种模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置

说明书

本发明公开了一种模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置，包括模型箱、隧道及支撑系统和量测系统。模型箱包括模型箱底板、角钢、模型箱右侧板、模型箱左侧转动板、模型箱背面板、钢化玻璃和有机玻璃板。支撑系统包括支撑叉子、支撑管和支撑底座。量测系统包括应变片、涌水量箱以及孔压计；应变片粘贴在隧道外表面，用于测量隧道变形；涌水量箱用于测量隧道涌水量；孔压计固定在传感器固定支架上，用于测量海床孔隙水压。本发明可模拟在不同隧道埋深、开挖半径以及衬砌厚度等条件下，海底隧道周围海床孔隙水压力响应。本发明能为波浪荷载作用下海底隧道动态响应问题研究提供有效的试验数据支持，并对理论分析提供帮助。

技术领域

本发明涉及一种海底隧道工程中孔隙水压力、隧道应变和隧道涌水量测量的试验装置，特别是涉及波浪要素变化的海底隧道周围海床土压力以及孔隙水压力响应的模型试验装置，可用于量测不同隧道埋置深度、隧道开挖半径、衬砌厚度等情况下海底隧道周围海床孔隙水压力值。

背景技术

随着沿海城市发展，城市内以及不同城市间的联系越来越频繁，原有的陆路交通已经远远无法满足社会需求。相对于跨海大桥，海底隧道的建设对于航运、海洋环境等方面的影响小很多，而且不受天气条件的影响。在我国已经建成通车的海底隧道有位于厦门的翔安海底隧道，位于青岛的胶州湾海底隧道，以及正处在建设当中的港珠澳大桥海底隧道段。在可预见的未来内还包括琼州海峡海底隧道，渤海湾海底隧道，甚至台湾海峡海底隧道。随着越来越多的海底隊道工程投入建设,相关的研究工作受到了科研人员的高度重视。与陆地水下隧道相比，海底盾构隧道位于复杂的海洋环境中，其水深可从几米到上百米之间变化，而且经受长期循环的小波浪或短期强风暴潮等动水作用，已有研究认为，波浪、潮波循环作用下海床土体的主应力轴发生连续旋转，并可能伴随孔隙水压力累积现象。对于高水压条件下的隧道工程，作用于衬砌支护结构上的水压力占总压力的很大部分，是影响隧道衬砌结构受力与稳定的主要因素。海底隧道在长期运营过程中，更需经受高水头、长期小波浪或短期强风暴潮等循环作用，实际工程中为释放高水压力，通常允许海底隧道具有一定的涌水量，在涌水渗透力的作用下又将改变海底隧道周边土体的应力场和渗流场，故强透水地层中的海底隧道周围的渗流场和土体应力场极为复杂。但是我国现有的临海工程设计中,为设计方便，仅考虑了波浪直接传递给海床及建(构)筑物的荷载,而未考虑波浪作用下海床内的孔隙水压力对工程受力和变形的影响。这使得海底隧道设计与实际情况相比可能趋于保守而使得项目建设费用高昂，也可能因为忽略了孔压累积的作用而使得工程存在安全隐患。

发明内容

为了克服已有海底隧道设计上的不足，本发明提供了可以模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置，实现了在不同波浪要素作用下，通过控制不同隧道埋置深度、不同开挖半径、不同衬砌厚度，研究海底隧道周围海床孔隙水压力响应规律。