CN108333332B - 大比例尺隧道模型试验开挖装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大比例尺隧道模型试验开挖装置，属于隧道勘探领域。该装置包括卸载装置和支撑装置；均设置在模型箱内；所述卸载装置由10块楔形不锈钢块组成，自上而下编号为I～X，彼此错缝咬合形成一个环形整体，钢块厚度为10cm，纵向长度与模型箱纵向尺寸保持一致，而且钢块拼成的环形整体外轮廓与开挖孔轮廓紧密贴合；所述支撑装置由两块长条形钢板组成，钢板重叠放置，在重叠处采用螺栓固定。本发明可以很好地模拟实际隧道开挖情况，开挖控制简单，当埋深较大时，模型箱边界对开挖土体的扰动小，对试验结果的准确性影响不大。

Description

大比例尺隧道模型试验开挖装置
技术领域
本发明属于隧道勘探领域，涉及大比例尺隧道模型试验开挖装置。
背景技术
随着我国经济建设的繁荣发展，交通隧道等基础设施建设的需求不断增加。隧道由于修建于地下，因地质作用和人为工程活动可能引起一系列工程地质灾害，如突水突泥、围岩坍塌、地面塌陷等，造成巨大人员伤亡和财产损失。因此采用模型试验研究隧道开挖时围岩变形规律，并据此分析推测现场实际状况是一种重要研究手段。
大比例尺模型试验可以更好地模拟实际隧道开挖情况，但存在着跨径大，开挖难以控制的问题，而且当埋深较大时，若采用手工开挖，模型箱边界对开挖土体的扰动较大，对试验结果的准确性影响较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大比例尺隧道模型试验开挖装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
大比例尺隧道模型试验开挖装置，包括卸载装置和支撑装置；均设置在模型箱内；
所述卸载装置由10块楔形不锈钢块组成，自上而下编号为I～X，彼此错缝咬合形成一个环形整体，钢块厚度为10cm，纵向长度与模型箱纵向尺寸保持一致，而且钢块拼成的环形整体外轮廓与开挖孔轮廓紧密贴合；
所述支撑装置由两块长条形钢板组成，钢板重叠放置，在重叠处采用螺栓固定。
基于所述开挖装置的开挖方法，包括以下步骤：
S1：在进行隧道开挖模型试验时，当填料至开挖孔底部时，将该开挖装置放置与开挖孔处，使开挖装置外轮廓与开孔边缘紧密贴合，各楔形块错缝拼接完好；
S2：将支撑装置放置于中间开孔处，调整支撑装置钢板重叠长度，使其上部抵住I楔形钢块，下部抵住VII楔形钢块，拧紧固定螺栓；
S3：在模型试验开孔外部继续填料并压实，填料直至试验所需高度；
S4：当进行开挖时，将支撑装置的固定螺栓取掉，此时发生卸载效应，取掉支撑钢板；
S5：然后，自上而下，依次按拼接顺序取掉楔形钢块，以完成隧道的开挖过程。
本发明的有益效果在于：本发明可以很好地模拟实际隧道开挖情况，开挖控制简单，当埋深较大时，模型箱边界对开挖土体的扰动小，对试验结果的准确性影响不大。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为模型试验开孔；
图2为模型试验开挖装置；
图3为楔形块开挖顺序。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为模型试验开孔；如图2所示，大比例尺隧道模型试验开挖装置，包括卸载装置和支撑装置；卸载装置由10块楔形不锈钢块组成，彼此错缝咬合形成一个环形整体，钢块厚度为10cm，纵向长度与模型箱纵向尺寸保持一致，而且钢块拼成的环形整体外轮廓与开挖孔轮廓紧密贴合；支撑装置由两块长条形钢板组成，钢板重叠放置，在重叠处采用螺栓固定。模拟隧道开挖时，将螺栓拧下，然后取掉钢板进行卸载。而且该装置可以满足不同开挖尺寸的隧道开挖模拟，当断面发生变化时，调整两块钢板重叠处长度，以调整支撑体的整体高度，进而支撑相应的楔形块。
如图3所示，本装置运作具体为：
(1)在进行隧道开挖模型试验时，当填料至开挖孔底部时，将该开挖装置放置与开挖孔处，使开挖装置外轮廓与开孔边缘紧密贴合，各楔形块错缝拼接完好；
(2)将支撑装置放置于中间开孔处，调整支撑装置钢板重叠长度，使其上部抵住Ⅰ楔形钢块，下部抵住Ⅶ楔形钢块，拧紧固定螺栓；
(3)在模型试验开孔外部继续填料并压实，填料直至试验所需高度；
(4)当进行开挖时，将支撑装置的固定螺栓取掉，此时发生卸载效应，取掉支撑钢板；
(5)然后，自上而下，依次按拼接顺序取掉楔形钢块，以完成隧道的开挖过程。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.基于大比例尺隧道模型试验开挖装置的开挖方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：在进行隧道开挖模型试验时，当填料至开挖孔底部时，将该开挖装置放置与开挖孔处，使开挖装置外轮廓与开孔边缘紧密贴合，各楔形块错缝拼接完好；
S2：将支撑装置放置于中间开孔处，调整支撑装置钢板重叠长度，使其上部抵住I楔形钢块，下部抵住VII楔形钢块，拧紧固定螺栓；
S3：在模型试验开孔外部继续填料并压实，填料直至试验所需高度；
S4：当进行开挖时，将支撑装置的固定螺栓取掉，此时发生卸载效应，取掉支撑钢板；
S5：然后，自上而下，依次按拼接顺序取掉楔形钢块，以完成隧道的开挖过程；
其中，开挖装置包括卸载装置和支撑装置；均设置在模型箱内；
所述卸载装置由10块楔形不锈钢块组成，自上而下编号为I～X，彼此错缝咬合形成一个环形整体，钢块厚度为10cm，纵向长度与模型箱纵向尺寸保持一致，而且钢块拼成的环形整体外轮廓与开挖孔轮廓紧密贴合；
所述支撑装置由两块长条形钢板组成，钢板重叠放置，在重叠处采用螺栓固定。
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