CN102135491A - 泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置 - Google Patents

Abstract

一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，其箱体(1)内纵向设置有圆形PVC管构成的内模(3)、内模(3)的下部开有内模泄水孔(3a)、内模(3)的出水端伸出箱体(1)的侧壁；内模(3)的出水端下方置有储水容器(8)；内模(3)上外套有钢质的外模(2)，外模(2)上开有与内模泄水孔(3a)周向位置相同的外模泄水孔(2a)，内模泄水孔(3a)的数量少于或等于外模泄水孔(2a)，任一内模泄水孔(3a)均与相应的外模泄水孔(2a)对齐。用该种试验装置进行试验操作简单，试验周期短，试验数据准确性高、可靠性好，能为盾构隧道的设计和施工提供更加有效可靠准确的试验依据，从而更好的保证隧道的安全和经济。

Description

泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置

技术领域

本发明涉及盾构隧道用的管片衬砌模型孔隙水压试验装置，尤其涉及一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置。

背景技术

采用泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置进行室内模型孔隙水压试验，是研究泄水式管片衬砌对围岩孔隙水压力以及泄流量的影响的一种重要手段。

现有的泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，包括密闭承压的箱体，箱体内纵向设置有圆形PVC管构成的隧道模型、模型的下部开有泄水孔、模型的出水端伸出箱体的侧壁，模型的出水端下方置有储水容器，箱体的顶壁设置有与箱体内部连通的精密水压表和进水孔，箱体的前、后壁中部设有测压管导出孔，箱体的前、后壁的底部设置有排水孔。

试验时，先将模拟管片衬砌及其泄水孔的PVC管隧道模型粘结在箱体上，再在箱体内填充满砂土；填充砂土的同时，在箱体内布置好测压管，并将测压管通过测压管导出孔与测压计相连；随后关闭箱体顶盖，堵住排水管，从入水孔注入设定水压的水，待模型出水端的出水量(速度)稳定后，即渗流基本达到稳定状态时，开始观测记录隧道模型出水端的出水量和测压计测出的孔隙水压力数据，即完成一次试验，得到一组试验数据。下一次试验前，首先关闭进水管阀门，使排水管开启，将箱体内水流完全排出，取出箱体内砂土，再更换粘接上泄水孔密度不同的另一个PVC管隧道模型，重新填充砂土及布置测压管，再关闭箱体及注水，然后进行下一次试验。通过对多次试验得到的试验数据的分析，可以得出不同的泄水孔密度与隧道衬砌围岩内的孔隙水压力以及泄流量的关系，从而为盾构隧道管片衬砌的设计与施工提供试验依据。

采用现有的试验装置进行试验存在的问题是：除第一次外，每次试验前均需排干前次试验的余水，取出前次试验填充的砂土，再换PVC管隧道模型，并重新填土、布置测压管；注水至渗流基本稳定，方可开始试验。其操作极其繁琐。注水至渗流基本稳定需要十天左右，试验周期长；并且由于每次填充的砂土不可能保证完全一致，从而使其模拟的地层结构在各次试验间发生不可预知的变化，导致各次测试结果无法建立在模型土物理力学参数一致的基础上，各次试验数据的可对比性差，分析得出的数据误差大，其作为设计和施工的试验依据的准确性和可靠性有待提高。

发明内容

本发明的目的就是提供泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，用该种试验装置进行试验操作简单，试验周期短，试验数据准确性高、可靠性好，能为盾构隧道的设计和施工提供更加有效可靠准确的试验依据，从而更好的保证隧道的安全和经济。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，包括箱盖，箱体，箱体的前、后壁中部设有测压管导出孔，箱体的前、后壁的底部设置有排水孔，箱盖上有与箱体内部连通的精密水压表和进水孔，其结构特点是：所述的箱体内纵向设置有圆形PVC管构成的内模、内模的下部开有内模泄水孔、内模的出水端伸出箱体的侧壁；内模的出水端下方置有储水容器；内模上外套有钢质的外模，外模上开有外模泄水孔，内模泄水孔的数量少于或等于外模泄水孔，任一内模泄水孔均与相应的外模泄水孔对齐。

采用本发明进行试验的原理是：外模模拟管片衬砌，内模泄水孔模拟管片衬砌的泄水孔；具体试验方法是：

第一次试验，将PVC管内模插入套合在外模上，并将内模泄水孔与外模泄水孔对齐，内模与外模的出水端粘接。再在箱体内填充满砂土；填充砂土的同时，在箱体内布置好测压管，并将测压管通过测压管导出孔与测压计相连；随后关闭箱体顶盖，关闭排水管，从入水孔注入设定水压的水，待内模出水端的出水量(速度)稳定后，即渗流基本达到稳定状态时，开始观测记录内模出水端的出水量和测压计测出的孔隙水压力数据，即完成一次试验，得到一组试验数据。

下一次及以后的试验，首先关闭进水管阀门，打开排水管，将箱体内水位排至内模部位以下，即可将前次试验的PVC管内模取出，新插入泄水孔密度不同的PVC管内模，将内模泄水孔与外模泄水孔对齐，内模与外模的出水端粘接，重新按设定水压注水，至内模出水端的出水量(速度)稳定后即可进行下一次试验。

通过对多次试验得到的试验数据的分析，可以得出不同泄水孔密度与隧道衬砌围岩内的孔隙水压力以及泄流量的关系，为盾构隧道管片衬砌的设计与施工提供试验依据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在进行第二次试验及以后的试验时，排水操作只需将水位排至内模管部位及以下，能够方便内模与外膜出水端的粘接即可，无需将水完全排干，从而新一次试验的注水至出水端出水量稳定的时间缩短一半，由原来的十天减至五天左右，整个试验的周期大大减少，效率高。

二、由于外模固定在箱体内，外模的外模泄水孔数量多于或等于内模泄水孔，在外模的腔内可以套上不同泄水孔密度的内模，均能使内模泄水孔与外模泄水孔对齐，不会对内模泄水孔的泄水造成影响。因此，模拟不同模泄水密度的试验，更换不同泄水孔密度的内模时，只在外模腔内进行，而外模及箱体内的填充土均不变，无需取土、重新填土和布置测压管，操作更为简单方便。

三、同时，由于各次试验时不同泄水孔密度的内模的更换，只是在外模的腔内进行。模拟管片衬砌的外模与箱体间的填充土(模型土)仍为前次试验的外模与填充土，使每次试验时的砂土完全一致，各次测试结果建立在模型土物理力学参数(如密度、孔隙率)一致的基础上，从而各次试验的数据具有可对性，分析得出的数据误差小、准确，能为隧道的设计和施工提供更加准确可靠的试验依据，从而更好的保证隧道的安全和经济。

上述的外模出水端与箱体侧壁接触处通过焊接紧密连接，外模的另一端的下部置于箱体侧壁焊接的支撑块上。

这样既方便箱体与外模的连接安装，又能保证箱体与外模的连接牢固，出水端的连接处不漏水。

上述的排水管上还设有阀门，这样试验后需排水时开启阀门时即可，开始试验及试验中，关闭阀门即可，方便试验后的排水和试验中的储水。

上述的内模及外模的出水端的高度低于另一端的高度。这样试验时，通过内模泄水孔进入内模腔内的水能完全通过内模出水端流出供测试，保证泄水量的测量准确。

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的立体结构示意图。

图2是本发明实施例的正剖视结构示意图。

图3是本发明实施例的外模的正视结构示意图。

图4是本发明实施例的内模的正视结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1-4示出，本发明的一种具体实施方式为，一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，包括箱盖1a，箱体1，箱体1的前、后壁中部设有测压管导出孔6，箱体1的前、后壁的底部设置有排水孔7，箱盖1a上有与箱体1内部连通的精密水压表5和进水孔4。

箱体1内纵向设置有圆形PVC管构成的内模3、内模3的下部开有内模泄水孔3a、内模3的出水端伸出箱体1的侧壁；内模3的出水端下方置有储水容器8；内模3上外套有钢质的外模2，外模2上开有外模泄水孔2a。内模泄水孔3a的数量少于或等于外模泄水孔2a，任一内模泄水孔3a均与相应的外模泄水孔2a对齐。

本例的外模2出水端与箱体1侧壁接触处通过焊接紧密连接，外模2的另一端的下部置于箱体1侧壁焊接的支撑块11上。排水管7上还设有阀门。内模3及外模2的出水端的高度低于另一端的高度。

Claims (4)

1.一种泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，包括箱盖(1a)，箱体(1)，箱体(1)的前、后壁中部设有测压管导出孔(6)，箱体(1)的前、后壁的底部设置有排水孔(7)，箱盖(1a)上有与箱体(1)内部连通的精密水压表(5)和进水孔(4)，其特征在于：所述的箱体(1)内纵向设置有圆形PVC管构成的内模(3)、内模(3)的下部开有内模泄水孔(3a)、内模(3)的出水端伸出箱体(1)的侧壁；内模(3)的出水端下方置有储水容器(8)；内模(3)上外套有钢质的外模(2)，外模(2)上开有外模泄水孔(2a)，内模泄水孔(3a)的数量少于或等于外模泄水孔(2a)，任一内模泄水孔(3a)均与相应的外模泄水孔(2a)对齐。

2.根据权利要求1所述的泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，其特征是：所述的外模(2)出水端与箱体(1)侧壁接触处通过焊接紧密连接，外模(2)的另一端的下部置于箱体(1)侧壁焊接的支撑块(11)上。

3.根据权利要求1或2所述的泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，其特征是，所述的排水管(7)上还设有阀门。

4.根据权利要求1或2所述的泄水式管片衬砌模型孔隙水压试验装置，其特征是，所述的内模(3)及外模(2)的出水端的高度低于另一端的高度。

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