CN103091222B - 一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置 - Google Patents

一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置 Download PDF

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Abstract

一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置，其组成是：试验土体箱由底板、透明的顶板和四周的侧板构成，顶板设有圆形门盖、矩形门盖；侧板由外部的加载板和内部的渗水板叠合而成，且侧板的两端卡有卡槽、渗水板与卡槽固定连接；相邻的卡槽通过柔性材料连接；试验土体箱置于框状的反力架中，卡槽与反力架之间布置有千斤顶；反力架上插有与加压进水装置相连的进水管；试验土体箱的底部均设有出水管，出水管末端下方为集水容器。该装置进行模拟试验能更真实反映隧洞开挖与涌水过程，还能观察到涌水路径，得到平面裂隙的时空变化及其开展规律，可对隧道的设计和施工提供更有价值的试验数据和更可靠的有针对性的防水施工措施，很好的保证隧道建设的安全和效率。

Description

一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置
技术领域
本发明涉及隧道工程、采矿巷道等领域，特别涉及一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置。
背景技术
渗流破坏一直是困扰地下工程的难题，尤其是深埋隧道、水工隧道、采矿巷道和海底隧道等，由于这些工程一般处于地下水位以下，加上富水溶洞，导水断层等复杂地质条件的影响，使得突泥涌水地质灾害时常发生，往往造成严重的工程事故。所以对隧洞开挖扰动所引起的渗流破坏进行力学性能试验与分析，是保证隧洞安全、隧道施工顺利进行的一项重要工作。现有的模拟试验通常是应力场和渗流场分开进行试验模拟，这样往往不能反映出真实的隧洞开挖与涌水过程及其影响因素和规律，同时也无法观察到涌水路径，难以对隧道的设计和施工提供更有价值的试验数据和可靠的有针对性的防水施工措施，从而不能很好的保证隧道建设的安全和效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置。该装置能更真实的反映隧洞开挖与涌水过程的影响因素和规律，还能观察到涌水路径，得到平面裂隙的时空变化及其开展规律，可对隧道的设计和施工提供更有价值的试验数据和更可靠的有针对性的防水施工措施，从而能很好的保证隧道建设的安全和效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置，其组成是：长方体的试验土体箱由底板、透明的顶板和四周的侧板构成，所述的顶板的中部设有圆形门盖、顶板的一侧设有矩形门盖；侧板由外部的加载板和内部的渗水板叠合而成，且侧板的两端卡有卡槽、渗水板与卡槽固定连接；相邻的卡槽通过柔性材料连接。
所述的试验土体箱置于框状的反力架中，卡槽与反力架之间布置有千斤顶，千斤顶的底部安装在反力架上；反力架的底部固定有底板，顶部安装有透明的盖板，盖板内表面的四周设置密封条；千斤顶与液压动力装置相连。
所述的反力架上插有进水管，进水管的另一端与加压进水装置相连，进水管上还连接有流量表、进水管阀门、压力表。
所述的试验土体箱在圆形门盖和矩形门盖正下方的底部均设有出水管，出水管上设有出水管阀门，出水管末端下方为集水容器。
本发明的工作工程和原理是：
试验土体箱内放置按相似比配置的土体，或采用原状土，以模拟不同的围岩等级。同时，在土体中埋设孔隙水压力计、位移计、土压力盒。液压动力装置控制各自千斤顶与各自的推力大小通过加载板及渗水板对试验土体箱内的土体进行加压，以实现对不同围岩压力的模拟。待围岩应力达到设定大小时，打开试验土体箱顶板上的矩形门盖或者圆形门盖，以对隧道不同的开挖形式进行模拟。然后盖上矩形门盖或者圆形门盖，再盖上反力架的盖板，使反力架与试验土体箱间形成一个封闭的渗水腔。再通过加压进水装置向渗水腔充水、并达到设定的水压。
在土压力和水压力均达到需要后，抽取出某一侧的加载板，此时水从该方向渗入土体试验箱，通过抽取不同位置(侧面)或不同位置组合的加载板，可以模拟不同的渗流方向。
在试验过程中，预埋的孔隙水压力计、位移计、土压力盒，分别测试孔隙水压力、土体位移、土压力。
通过对集水容器的实时观测和记录，可以得出渗流速度和渗流量。
同时，由于顶板和盖板均透明，因此可以在试验土体箱顶部采用高像素的数码相机对土体进行拍照，高速摄影仪实时对实验土体进行摄影，得到动态影像，以清晰观察和记录土颗粒和水的运动路径，得到平面裂隙的时空变化及其开展规律。
再结合测试时给定的围岩压力、隧洞的开挖形式、不同渗流方向及测试仪器测得的孔隙水压力、土体位移、土压力即可得到渗流速度、渗流量、平面裂隙的时空变化及其开展规律与围岩条件、地下水、开挖形式等因素的相互关系。
与现有技术相比，本发明的收益效果是：
本发明的试验装置在试验时既能从不同方向向土体施加不同的载荷，以模拟不同的围岩压力、同时也能从不同方向以不同的水压进行土体渗水，从而实现应力和渗流的耦合作用下隧洞开挖的裂隙涌水模拟试验，还能观察与记录到涌水路径，清楚了解其渗流通道的分布和路径，得到平面裂隙的时空变化及其开展规律；结合实时测得的土体和水流参数，能更真实的分析得到隧洞开挖与涌水过程的影响因素和规律，可对隧道的设计和施工提供更有价值的试验数据和更可靠的有针对性的防水施工措施，从而能很好的保证隧道建设的安全和效率。
下面结合具体附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例去掉盖板和顶板的俯视结构示意图。
图1中8是土体，9是水。
具体实施方式
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置，其组成是：
长方体的试验土体箱1由底板、透明的顶板和四周的侧板构成，所述的顶板的中部设有圆形门盖2a、顶板的一侧设有矩形门盖2b；侧板由外部的加载板3a和内部的渗水板3b叠合而成，且侧板的两端卡有卡槽3c、渗水板3b与卡槽3c固定连接；相邻的卡槽3c通过柔性材料3d连接。
所述的试验土体箱1置于框状的反力架4中，卡槽3c与反力架4之间布置有千斤顶5，千斤顶5的底部安装在反力架4上；反力架4的底部固定有底板，顶部安装有透明的盖板，盖板内表面的四周设置密封条；千斤顶5与液压动力装置相连。
所述的反力架4上插有进水管6a，进水管6a的另一端与加压进水装置6相连，进水管6a上还连接有流量表6b、进水管阀门6c、压力表6d。
所述的试验土体箱1在圆形门盖2a和矩形门盖2b正下方的底部均设有出水管7，出水管7上设有出水管阀门7a，出水管7末端下方为集水容器7b。
本发明的集水容器7b可以采用带刻度的集水容器，以便于对渗水量的实时观测和记录。盖板和顶板可以采用钢化有机玻璃制成，这样既能满足强度要求又能满足可视性。

Claims (1)

1.一种隧洞裂隙涌水模拟试验装置，其组成是：
长方体的试验土体箱(1)由底板、透明的顶板和四周的侧板构成，所述的顶板的中部设有圆形门盖(2a)、顶板的一侧设有矩形门盖(2b)；侧板由外部的加载板(3a)和内部的渗水板(3b)叠合而成，且侧板的两端卡有卡槽(3c)、渗水板(3b)与卡槽(3c)固定连接；相邻的卡槽(3c)通过柔性材料(3d)连接；
所述的试验土体箱(1)置于框状的反力架(4)中，卡槽(3c)与反力架(4)之间布置有千斤顶(5)，千斤顶(5)的底部安装在反力架(4)上；反力架(4)的底部固定有底板，顶部安装有透明的盖板，盖板内表面的四周设置密封条；千斤顶(5)与液压动力装置相连；
所述的反力架(4)上插有进水管(6a)，进水管(6a)的另一端与加压进水装置(6)相连，进水管(6a)上还连接有流量表(6b)、进水管阀门(6c)、压力表(6d)；
所述的试验土体箱(1)在圆形门盖(2a)和矩形门盖(2b)正下方的底部均设有出水管(7)，出水管(7)上设有出水管阀门(7a)，出水管(7)末端下方为集水容器(7b)。
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