CN107796745A - 一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置及方法，该实验装置包括第一箱体、第二箱体、第一混泥土块、第二混泥土块、接水槽和水箱；第一箱体的底部设有调节螺母，第二箱体的底部设有调节螺杆，第二箱体的调节螺杆与第一箱体的调节螺母螺纹连接；第一箱体上放置有第一混泥土块，第二箱体上放置有第二混泥土块，第一混泥土块的接触面和第二混泥土块的接触面呈间隙配合；第一混泥土块和第二混泥土块的接触面的下方设有接水槽，第一混泥土块和第二混泥土块的上方设有上下敞口的水箱。本发明可模拟水下隧道存有一些裂缝时的渗水水压水量，从而满足人们针对隧道裂缝宽度与水压对渗水量的影响实验研究，以提高水下隧道工程建设的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及隧道衬砌渗水测量技术领域，具体涉及一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置及方法。
背景技术
随着国家的发展及交通技术的发展，隧道不仅仅局限于穿越山脉，过江过海峡的隧道结构渐渐增多。相对于山岭隧道，这些水下隧道所面临的技术挑战和科研攻关问题更多。其中，水下隧道结构渗水的研究至关重要，关乎整个结构交通安全。混凝土结构在水下，渗水不可避免，水下隧道作为一个水下的封闭空间，渗水量的测定十分重要，尤其是当水下隧道衬砌结构产生一些裂缝的时候，对于裂缝宽度与水压对渗水量的影响实验研究，决定着水下隧道工程的安全性能。
通过对现有的技术文献检索发现，目前仍缺少能有效测定隧道衬砌渗水水压水量的实验装置及方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置及方法，以模拟水下隧道存有一些裂缝时的渗水水压水量，从而满足人们针对隧道裂缝宽度与水压对渗水量的影响实验研究，以提高水下隧道工程建设的安全性能。
本发明提供了一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，包括第一箱体、第二箱体、第一混泥土块、第二混泥土块、接水槽和水箱；所述第一箱体的底部设有调节螺母，第二箱体的底部设有调节螺杆，第二箱体的调节螺杆与第一箱体的调节螺母螺纹连接，且第一箱体和第二箱体之间呈间隔布置；所述第一箱体上放置有所述第一混泥土块，第二箱体上放置有所述第二混泥土块，第一混泥土块的接触面和第二混泥土块的接触面呈接触配合或者间隙配合；第一混泥土块和第二混泥土块的接触面的下方设有接水槽，第一混泥土块和第二混泥土块的上方设有上下敞口的水箱，水箱的下端与第一混泥土块和第二混泥土块的上端面密封连接；所述水箱配设有进水管道，进水管道上配设有压力泵和压力表。
优选地，所述第一箱体包括支撑平板、第一约束板、第二约束板和第三约束板，第二约束板的两端分别与第一约束板和第三约束板连接，第一约束板和第三约束板均与第二约束板垂直；第一约束板、第二约束板和第三约束板直立地与支撑平板连接，第一约束板、第二约束板和第三约束板分别与支撑平板相邻的三个边平行；第二箱体与第一箱体的结构和尺寸相同，且第二箱体与第一箱体呈对称布置，第一箱体的第一约束板、第二约束板和第三约束板连接后的敞口端与第二箱体相同结构的敞口端相对布置。
优选地，所述第一混泥土块和第二混泥土块形状和尺寸相同，且述第一混泥土块和第二混泥土块均呈长方体，第一混泥土块与第一约束板、第二约束板和第三约束板围成的空间适配，第一混泥土块放置在第一箱体的第一约束板、第二约束板和第三约束板围成的空间内，第二混泥土块对应地放置在第二箱体上。
优选地，所述支撑平板与第二约束板之间设有多根等间距布置的斜支撑钢架。
优选地，所述接水槽的两端设有向上的延伸槽，延伸槽的两边沿分别与靠接触面处的第一混泥土块和第二混泥土块贴合，接水槽的一端设有放水口。
一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验方法，使用前述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，包括如下步骤：
S1：通过旋拧调节螺杆调整第一箱体和第二箱体的间距；
S2：制备第一混泥土块和第二混泥土块，并将制备好的第一混泥土块和第二混泥土块对应放置在第一箱体和第二箱体内，使第一混泥土块和第二混泥土块的接触面呈间隙配合，通过测量仪器测量出第一混泥土块和第二混泥土块的间距，即可获得第一混泥土块和第二混泥土块之间的模拟裂缝宽度；
S3：通过压力泵向水箱内注水，通过压力表可观察到水中的水压P1，通过计算可获得压力表到裂缝位置的水压P2，P1加P2即是裂缝位置实际水压；
S4：待压力表的水压数值稳定后，通过接水槽收集经第一混泥土块和第二混泥土块之间的模拟裂缝渗出的渗出水，再通过量具对固定时间内的渗出水进行测定，即可获得固定时间内渗出水量；
S5：调整水压，继续对渗出水量进行测定，观察不同水压对渗出水量的影响。
本发明的有益效果：
本发明通过旋拧调节螺杆设定第一混泥土块和第二混泥土块之间的间隙值，从而得到第一混泥土块和第二混泥土块的模拟裂缝宽度，再通过压力泵向水箱内注水，保持水箱内的水压稳定后，通过量具对固定时间内接水槽的渗出水进行测定，即可获得固定时间内渗出水量，从而模拟水下隧道存有一些裂缝时的渗水水压水量，满足了人们针对隧道裂缝宽度与水压对渗水量的影响实验研究，以提高水下隧道工程建设的安全性能。
附图说明
图1为本实施的结构示意图之一；
图2为本实施的结构示意图之二；
图3为图1的前视图；
图4为图1的横截面图；
图5为本实施例第一箱体、第二箱体、第一混泥土块和第二混泥土块组装后的结构示意图。
附图标记：1-第一箱体，11-调节螺母，12-支撑平板，13-第一约束板，14-第二约束板，15-第三约束板，16-斜支撑钢架，2-第二箱体，21-调节螺杆，3-第一混泥土块，4-第二混泥土块，5-接水槽，51-延伸槽，52-放水口，6-水箱，61-进水管道，62-压力泵，63-压力表
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
如图1至图5所示，本发明公开了一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，包括第一箱体1、第二箱体2、第一混泥土块3、第二混泥土块4、接水槽5和水箱6；第一箱体1的底部设有调节螺母11，第二箱体2的底部设有调节螺杆21，第二箱体2的调节螺杆21与第一箱体1的调节螺母11螺纹连接，且第一箱体1和第二箱体2之间呈间隔布置。第一箱体1上放置有第一混泥土块3，第二箱体2上放置有第二混泥土块4，第一混泥土块3的接触面和第二混泥土块4的接触面呈接触配合或者间隙配合；第一混泥土块3和第二混泥土块4的接触面的下方设有接水槽5，第一混泥土块3和第二混泥土块4的上方设有上下敞口的水箱6，水箱6的下端与第一混泥土块3和第二混泥土块4的上端面密封连接；水箱6配设有进水管道61，进水管道61上配设有压力泵62和压力表63。通过旋拧调节螺杆21设定第一混泥土块3和第二混泥土块4之间的间隙值，从而得到第一混泥土块3和第二混泥土块4的模拟裂缝宽度，再通过压力泵62向水箱6内注水，保持水箱内的水压稳定后，通过量具对固定时间内接水槽5的渗出水进行测定，即可获得固定时间内渗出水量，从而模拟水下隧道存有一些裂缝时的渗水水压水量，满足了人们针对隧道裂缝宽度与水压对渗水量的影响实验研究，以提高水下隧道工程建设的安全性能。
本实施例中，第一箱体1包括支撑平板12、第一约束板13、第二约束板14和第三约束板15，第二约束板14的两端分别与第一约束板13和第三约束板15连接，第一约束板13和第三约束板15均与第二约束板14垂直；第一约束板13、第二约束板14和第三约束板15直立地与支撑平板12连接，第一约束板13、第二约束板14和第三约束板15分别与支撑平板12相邻的三个边平行；第二箱体2与第一箱体1的结构和尺寸相同，且第二箱体2与第一箱体1呈对称布置，第一箱体1的第一约束板13、第二约束板14和第三约束板15连接后的敞口端与第二箱体相同结构的敞口端相对布置。第一箱体1或第二箱体2上的支撑平板、第一约束板、第二约束板和第三约束板的结构设计便于放置第一混泥土块3或第二混泥土块4，从而约束第一混泥土块3或第二混泥土块4的放置位置，同时也起到了定位的作用。
本实施例中，第一混泥土块3和第二混泥土块4形状和尺寸相同，且述第一混泥土块3和第二混泥土块4均呈长方体，第一混泥土块3与第一约束板13、第二约束板14和第三约束板15围成的空间适配，第一混泥土3块放置在第一箱体1的第一约束板13、第二约束板14和第三约束板15围成的空间内，第二混泥土块4对应地放置在第二箱体2上。第一混泥土块3和第二混泥土块4的形状设计，使其便于与第一约束板、第二约束板和第三约束板围成的空间配合；而且便于调节和测量第一混泥土块3和第二混泥土块4的接触面的间隙，提高了实用性。
本实施例中，支撑平板12与第二约束板14之间设有多根等间距布置的斜支撑钢架16，提高了第一箱体1的整体结构强度；同时第二箱体2也设有相同的支撑钢架，使得第二箱体2的整体结构强度也得到了提高。
本实施例中，接水槽5的两端设有向上的延伸槽51，延伸槽51的两边沿分别与靠接触面处的第一混泥土块3和第二混泥土块4贴合，接水槽5的一端设有放水口52。具体的，接水槽5和延伸槽51与第一混泥土块3和第二混泥土块4密封连接，延伸槽51的设计避免了第一混泥土块3和第二混泥土块4的接触面两侧渗出的水收集不到的现象，提高了渗出水收集的精度；放水口52的设计便于通过量具收集接水槽5内的渗出水。测定渗出水时，可以利用量筒，或是电子秤称量渗出水的实时数值。
此外，调节螺杆21和调节螺母11可替换为液压装置来实现第一箱体1和第二箱体2的距离调节，可提高第一箱体1和第二箱体2的距离调节的精度和舒适性。
一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验方法，使用前述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，包括如下步骤：
S1：通过旋拧调节螺杆21调整第一箱体1和第二箱体2的间距；
S2：制备第一混泥土块3和第二混泥土块4，并将制备好的第一混泥土块3和第二混泥土块4对应放置在第一箱体1和第二箱体2内，使第一混泥土块3和第二混泥土块4的接触面呈间隙配合，通过测量仪器测量出第一混泥土块3和第二混泥土块4的间距，即可获得第一混泥土块3和第二混泥土块4之间的模拟裂缝宽度；
S3：通过压力泵62向水箱内注水，通过压力表可观察到水中的水压P1，通过计算可获得压力表63到裂缝位置的水压P2，P1加P2即是裂缝位置实际水压；
S4：通过接水槽5收集经第一混泥土块3和第二混泥土块4之间的模拟裂缝渗出的渗出水，再通过量具对固定时间内的渗出水进行测定，即可获得固定时间内渗出水量；
S5：调整水压，继续对渗出水量进行测定，观察不同水压对渗出水量的影响。
具体的，以一个例子进行说明。第一箱体1和第二箱体2的尺寸和机构相同，支撑平板12的尺寸为600mm×600mm，第一约束板13和第三约束板15的尺寸为300mm×400mm，第二约束板14的尺寸为500mm×400mm。第一箱体1和第二箱体2的支撑平板对接处的间距为200mm。制作第一、二混泥土块时采用1:1配比，模拟水下隧道衬砌材料，混泥土块的尺寸为1000mm×400mm×500mm；在制备的混泥土块的模具内长度的500mm处内置一纸片，然后浇筑混泥土块，待混泥土块凝固后沿纸片分开即可获得第一混泥土块3和二混泥土块4。将第一混泥土块3和二混泥土块4移至第一箱体1和第二箱体2上的第一约束板、第二约束板和第三约束板围成的空间内，旋拧调节螺杆21，使第一混泥土块3和二混泥土块4的接触面的间隙为3.0mm，即得到模拟裂缝宽度为3.0mm。水箱6的尺寸为1000mm×400mm×1000mm，模拟高度1000mm水头下的渗水情况；水箱的长度和宽度与第一混泥土块3和二混泥土块4组合后的长度和宽度一致；水箱6上部预留进水管道61，水箱6下部与第一混泥土块3和二混泥土块4采用密封橡胶连接，密封胶在水箱6内外均需涂抹，内部在链接位置涂抹平顺，便于接受内部水压冲击，整体连接缝均涂抹密封胶，水箱6底部混凝土表面预留中间20cm长裂缝，及裂缝两侧各5cm不需涂抹密封胶，其余地方全部涂抹密封胶，保证接缝封闭，不漏水。由于进水管道61上的压力表63靠近水箱6上表面，因此将压力表63近似为处在水箱6上表面的同一高度，即压力表63到裂缝位置的水压P2＝ρgh＝0.01MPa，即裂缝位置实际水压为压力表的实际数值加上0.01MPa。然后通过启动压力泵62向水箱6内注水，调整裂缝位置实际水压为0.01MPa。待裂缝位置实际水压稳定到0.01MPa时，测定固定时间内的渗出水量；测定完毕后，根据需要调整裂缝位置实际水压的二次水压，继续测定渗出水量，获得的数据可观察出不同水压对渗出水量的影响。
最后应说明的是：以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，其特征在于：包括第一箱体、第二箱体、第一混泥土块、第二混泥土块、接水槽和水箱；
所述第一箱体的底部设有调节螺母，第二箱体的底部设有调节螺杆，第二箱体的调节螺杆与第一箱体的调节螺母螺纹连接，且第一箱体和第二箱体之间呈间隔布置；
所述第一箱体上放置有所述第一混泥土块，第二箱体上放置有所述第二混泥土块，第一混泥土块的接触面和第二混泥土块的接触面呈接触配合或者间隙配合；第一混泥土块和第二混泥土块的接触面的下方设有接水槽，第一混泥土块和第二混泥土块的上方设有上下敞口的水箱，水箱的下端与第一混泥土块和第二混泥土块的上端面密封连接；
所述水箱配设有进水管道，进水管道上配设有压力泵和压力表。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，其特征在于：所述第一箱体包括支撑平板、第一约束板、第二约束板和第三约束板，第二约束板的两端分别与第一约束板和第三约束板连接，第一约束板和第三约束板均与第二约束板垂直；第一约束板、第二约束板和第三约束板直立地与支撑平板连接，第一约束板、第二约束板和第三约束板分别与支撑平板相邻的三个边平行；第二箱体与第一箱体的结构和尺寸相同，且第二箱体与第一箱体呈对称布置，第一箱体的第一约束板、第二约束板和第三约束板连接后的敞口端与第二箱体相同结构的敞口端相对布置。
3.根据权利要求2所述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，其特征在于：所述第一混泥土块和第二混泥土块形状和尺寸相同，且述第一混泥土块和第二混泥土块均呈长方体，第一混泥土块与第一约束板、第二约束板和第三约束板围成的空间适配，第一混泥土块放置在第一箱体的第一约束板、第二约束板和第三约束板围成的空间内，第二混泥土块对应地放置在第二箱体上。
4.根据权利要求2所述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，其特征在于：所述支撑平板与第二约束板之间设有多根等间距布置的斜支撑钢架。
5.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，其特征在于：所述接水槽的两端设有向上的延伸槽，延伸槽的两边沿分别与靠接触面处的第一混泥土块和第二混泥土块贴合，接水槽的一端设有放水口。
6.一种隧道衬砌渗水水压水量测定实验方法，使用权利要求1至5任一项权利要求所述的隧道衬砌渗水水压水量测定实验装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过旋拧调节螺杆调整第一箱体和第二箱体的间距；
S2：制备第一混泥土块和第二混泥土块，并将制备好的第一混泥土块和第二混泥土块对应放置在第一箱体和第二箱体内，使第一混泥土块和第二混泥土块的接触面呈间隙配合，通过测量仪器测量出第一混泥土块和第二混泥土块的间距，即可获得第一混泥土块和第二混泥土块之间的模拟裂缝宽度；
S3：通过压力泵向水箱内注水，通过压力表可观察到水中的水压P1，通过计算可获得压力表到裂缝位置的水压P2，P1加P2即是裂缝位置实际水压；
S4：通过接水槽收集经第一混泥土块和第二混泥土块之间的模拟裂缝渗出的渗出水，再通过量具对固定时间内的渗出水进行测定，即可获得固定时间内渗出水量；
S5：调整水压，继续对渗出水量进行测定。
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