[发明专利]一种透明土地基中隧道开挖的模型试验装置和试验方法

摘要

本发明公开了一种透明土地基中隧道开挖的模型试验装置和试验方法。试验装置包括模型槽、透明土、分段水囊、工业相机、激光发射器、激光器移动轨道，有机玻璃模型槽中安放透明土，分段水囊埋置于透明土中，每个水囊都设置有排水管和阀门。本发明通过埋入模型槽中的水囊模拟将开挖的隧道部分，通过对水囊的排水模拟隧道开挖过程。试验方法中，水囊逐个放水，放水过程中采用工业相机拍摄激光平面，通过软件分析得到三维变形特性等步骤。本发明可以将实际操作空间很大的地下隧道开挖过程通过一个模型试验进行模拟，模型简单、使用方便、试验费用低、模拟效果好，且能实现土体内部变形的高精度实时测量，得到三维变形场。

主权项

1.一种透明土地基中隧道开挖的模型试验装置，其特征在于:该试验装置包括模型槽、透明土、工业相机、带遮光片的激光发射器，以及若干个水囊；所述模型槽为有机玻璃模型槽；在模型槽中进行隧道开挖模型试验，模型槽中填筑部分透明土后，在透明土表面安放若干个水囊，这些水囊处于同一列，每个水囊内充满所述透明孔隙液体；继续在模型槽中填筑透明土至设计高度，水囊便埋设在透明土中；水囊所在的区域模拟了隧道的开挖区域，一列水囊的长度方向为模拟的隧道的开挖方向；每个水囊都单独设置有排水管道和阀门，排水管一端连接水囊，另一端伸出模型槽连接专门盛放透明孔隙液体的容器，排水管阀门可控制出水速率；试验中，采用两组成像装置，每一组成像装置包括工业相机和激光发射器；激光发射器发射的激光形成一个平面，穿透透明土，激光面均与水平面垂直；两组成像装置中的激光发射器分别为激光器I和激光器II；所述激光器I形成一个平行于隧道开挖方向的激光面，激光器II形成一个垂直于隧道开挖方向的激光面；通过对工业相机采集的图像用PIV技术相关软件进行处理，可得到隧道开挖过程中透明土地基中的三维变形场；水囊中装有与透明土折射率相同的透明孔隙液体，水囊中液体可通过排水管排出；试验时，从一端到另一端，逐个将水囊中的透明液体放出，模拟隧道开挖过程，直至试验完成。