CN213813215U - 基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于隧道试验装置技术领域，尤其为基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，包括模型箱体、供水箱和摄像机，供水箱的侧壁固定安装有输送管，且输送管铺设在模型箱体的内部，输送管的另一端固定安装有储水构造，且储水构造位于模型箱体的内部，模型箱体的内部开设有隧道本体，供水箱的侧壁通过连接管安装有增压氮气瓶，模型箱体的内侧上方固定安装有加劲肋板，模型箱体的顶端固定安装有加载装置，模型箱体的底端固定安装有承载加固板，模型箱体的顶端设置有检测设备。本实用新型有效避免了普通水泵等装置由于突然性大流量水突出导致水压力的瞬间泄压，实现了隧道富水及枯水交替突涌水作用等力学参数的实施记录。

Description

基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置

技术领域

本实用新型涉及隧道试验装置技术领域，具体为基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置。

背景技术

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道。隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，长的隧道还有专门的通风和照明设备。

岩溶溶腔水位变化使隧道隔水岩体处于富水及干枯交替环境中，在此环境中的隔水岩体强度逐渐劣化，承载能力变弱，使得隧道断面在地应力作用下呈现收敛趋势，同时叠加因溶腔内水压力直接作用在隔水岩体上给岩层外侧面带来的张拉效应，使得隔水岩层强度劣化更加显著，随着干湿交替次数的增加，最终隧道隔水围岩失稳破坏，溶腔内压力水体涌入隧道形成突水。因此需要利用模型对隧道富水及枯水交替突涌水作用进行试验检测。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，解决了普通水泵等装置由于突然性大流量水突出导致水压力的瞬间泄压，实现了隧道富水及枯水交替突涌水作用等力学参数的实施记录。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，包括模型箱体、供水箱和摄像机，所述供水箱的侧壁固定安装有输送管，且所述输送管铺设在模型箱体的内部，所述输送管的另一端固定安装有储水构造，且所述储水构造位于模型箱体的内部，所述模型箱体的内部开设有隧道本体，所述供水箱的侧壁通过连接管安装有增压氮气瓶，所述模型箱体的内侧上方固定安装有加劲肋板，所述模型箱体的顶端固定安装有加载装置，所述模型箱体的底端固定安装有承载加固板，所述模型箱体的顶端设置有检测设备。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述增压氮气瓶瓶身上固定安装有控制组件，且所述连接管通过控制组件固定安装在供水箱侧壁下方。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述模型箱体的侧壁固定安装有透明玻璃板，且透明玻璃板位于储水构造和隧道本体一侧的位置。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述模型箱体的侧壁固定安装有水压计，且所述水压计固定安装在位于透明玻璃板的一侧。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述检测设备包括有测压计和百分表。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述摄像机位于模型箱体的一侧，且摄像机的高度与透明玻璃板的高度相同。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述模型箱体的内壁固定安装有密封阻水带。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述加载装置包括加载板、推杆和载重台板；所述加载板安装在模型箱体内部的上端，所述推杆的底部与加载板的上端面连接；所述加载板的下端面与加劲肋板连接，所述推杆穿过箱体的顶壁且推杆的顶部与载重台板的下端面连接；所述载重台板的上端面设有电子秤，所述电子秤与检测设备电连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述加载装置包括加载板、推杆、活塞、液压缸、液泵和电磁阀；所述加载板安装在模型箱体内部的上端，所述推杆的底部与加载板的上端面连接；所述加载板的下端面与加劲肋板连接，所述活塞安装在液压缸内且把液压缸分隔为上液腔和下液腔，所述活塞能够在液压缸内滑动，在上液腔和下液腔分别安装有压力传感器，上液腔和下液腔分别通过管道与液泵的排出口和吸入口连接，所述液泵的排出口和吸入口的管道之间设有旁通管，所述旁通管上安装有电磁阀，所述推杆穿过模型箱体的顶壁和液压缸的缸壁，且所述推杆的顶部与活塞连接；所述压力传感器与检测设备电连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述推杆为多根且相互间隔均匀地布置在加载板的上端面。

与现有技术相比，本实用新型提供了基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，具备以下有益效果：

1、该基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，通过采用复合气液，用一组具有伺服控制的氮气瓶提供压力，从而驱动水箱内的水，为试验系统的储水构造提供稳定的水压力，同时，气体在压缩作用下具有快速膨胀性，当隧道发生突水的瞬间，气体可以迅速膨胀，从而提供持续的水压力，有效避免了普通水泵等装置由于突然性大流量水突出导致水压力的瞬间泄压，实现了隧道富水及枯水交替突涌水作用等力学参数的实施记录。

2、该基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，通过设置密封阻水带在模型箱体内部，从而保证在该模型进行试验的过程中具有较好的密封性能，从而使得该试验可以正常的进行下去，便于最后得到试验数据。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型加劲肋板的结构示意图；

图3为本实用新型密封阻水带安装结构示意图；

图4为本实用新型采用的加载装置实施例结构示意图；

图5为本实用新型采用的液压式加载装置实施例结构示意图。

图中：1、模型箱体；2、供水箱；3、输送管；4、储水构造；5、隧道本体；6、增压氮气瓶；7、透明玻璃板；8、水压计；9、加劲肋板；10、加载装置；11、承载加固板；12、检测设备；13、摄像机；14、密封阻水带；15、加载板；16、推杆；17、载重台板；18、电子秤；19、活塞；20、液压缸；21、液泵；22、电磁阀；23、压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实施方案中：基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，包括模型箱体1、供水箱2和摄像机13，供水箱2的侧壁固定安装有输送管3，且输送管3铺设在模型箱体1的内部，输送管3的另一端固定安装有储水构造4，且储水构造4位于模型箱体1的内部，模型箱体1的内部开设有隧道本体5，供水箱2的侧壁通过连接管安装有增压氮气瓶6，模型箱体1的内侧上方固定安装有加劲肋板9，模型箱体1的顶端固定安装有加载装置10，模型箱体1的底端固定安装有承载加固板11，模型箱体1的顶端设置有检测设备12；该试验装置有效避免了普通水泵等装置由于突然性大流量水突出导致水压力的瞬间泄压，实现了隧道富水及枯水交替突涌水作用等力学参数的实施记录。

本实施例中，增压氮气瓶6瓶身上固定安装有控制组件，且连接管通过控制组件固定安装在供水箱2侧壁下方；通过增压氮气瓶6瓶身上固定安装有控制组件，可以保证增压氮气瓶6可以控制供水箱2的供水能力。模型箱体1的侧壁固定安装有透明玻璃板7，且透明玻璃板7位于储水构造4和隧道本体5一侧的位置；通过透明玻璃板7安装在模型箱体1上，从而可以直观的观察到试验过程。模型箱体1的侧壁固定安装有水压计8，且水压计8固定安装在位于透明玻璃板7的一侧；通过水压计8安装在模型箱体1的侧壁，利用水压计8可以及时了解到水压强度。检测设备12包括有测压计和百分表；设置合理，便于对该试验数据进行检测处理。摄像机13位于模型箱体1的一侧，且摄像机13的高度与透明玻璃板7的高度相同；通过调整摄像机13角度，使摄像机13记录模型箱体1内突涌过程。通过模型箱体1的内壁固定安装有密封阻水带14；利用密封阻水带14可以较好的保证模型箱体1的密封性能。

本实用新型的工作原理及使用流程：首先利用供水箱2通过输送管3给储水构造4输入水，且在输水的过程中利用增压氮气瓶6进行控制输送强度，然后水输送在储水构造4中后可以模拟隧道涌水的情况，通过调整摄像机13 角度，使摄像机13记录模型箱体1内突涌过程，且在输送过程中气体在压缩作用下具有快速膨胀性，当隧道发生突水的瞬间，气体可以迅速膨胀，从而提供持续的水压力。

在一个实施例中，如图4所示，所述加载装置10包括加载板15、推杆 16和载重台板17；所述加载板15安装在模型箱体1内部的上端，所述推杆 16的底部与加载板15的上端面连接；所述加载板15的下端面与加劲肋板9 连接，所述推杆16穿过模型箱体1的顶壁且推杆16的顶部与载重台板17的下端面连接；所述载重台板17的上端面设有电子秤18，所述电子秤18与检测设备12电连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用添加物体的重力方式进行模拟加压，使用时，在电子秤上放置重物，以电子秤计量重物的重量并传输给检测设备以计算加载压力，重物对载重台板形成的压力通过推杆传递至加载板，由加载板给模型箱体内填充的隧道围岩模拟物品加压，以模拟测试隧道围岩的安全性。

在一个实施例中，如图5所示，所述加载装置10包括加载板15、推杆 16、活塞19、液压缸20、液泵21和电磁阀22；所述加载板15安装在模型箱体1内部的上端，所述推杆16的底部与加载板15的上端面连接；所述加载板15的下端面与加劲肋板9连接，所述活塞19安装在液压缸20内且把液压缸20分隔为上液腔和下液腔，所述活塞19能够在液压缸20内滑动，在上液腔和下液腔分别安装有压力传感器23，上液腔和下液腔分别通过管道与液泵 21的排出口和吸入口连接，所述液泵21的排出口和吸入口的管道之间设有旁通管，所述旁通管上安装有电磁阀22，所述推杆16穿过模型箱体1的顶壁和液压缸20的缸壁，且所述推杆16的顶部与活塞19连接；所述压力传感器23与检测设备12电连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用液压方式进行模拟加压，使用时，旁通管上的电磁阀关闭，启动液泵，液泵从下液腔吸取液体介质输并送到上液腔，使得上液腔的压力大于下液腔，在上、下压差作用下活塞向下运动，通过推杆把压力传递至加载板，由加载板给模型箱体内填充的隧道围岩模拟物品加压，以模拟测试隧道围岩的安全性；压力传感器测量上液腔和下液腔的压力并传输给检测设备，计算上液腔和下液腔的压力差可以得到加压数值，通过控制液泵能够得到合适的模拟压力。在停止后，液泵关闭，把旁通管上的电磁阀打开，可使得上液腔和下液腔的恢复压力平衡。

在一个实施例中，所述推杆16为多根且相互间隔均匀地布置在加载板15 的上端面。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置多根推杆且相互间隔均匀地布置在加载板的上端面，可以实现加载板受到的压力均衡，避免由于压力不平衡导致加载板变形，影响模拟压力的加载效果和加载板的使用寿命。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，包括模型箱体(1)、供水箱(2)和摄像机(13)，其特征在于：所述供水箱(2)的侧壁固定安装有输送管(3)，且所述输送管(3)铺设在模型箱体(1)的内部，所述输送管(3)的另一端固定安装有储水构造(4)，且所述储水构造(4)位于模型箱体(1)的内部，所述模型箱体(1)的内部开设有隧道本体(5)，所述供水箱(2)的侧壁通过连接管安装有增压氮气瓶(6)，所述模型箱体(1)的内侧上方固定安装有加劲肋板(9)，所述模型箱体(1)的顶端固定安装有加载装置(10)，所述模型箱体(1)的底端固定安装有承载加固板(11)，所述模型箱体(1)的顶端设置有检测设备(12)。

2.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述增压氮气瓶(6)瓶身上固定安装有控制组件，且所述连接管通过控制组件固定安装在供水箱(2)侧壁下方。

3.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述模型箱体(1)的侧壁固定安装有透明玻璃板(7)，且透明玻璃板(7)位于储水构造(4)和隧道本体(5)一侧的位置。

4.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述模型箱体(1)的侧壁固定安装有水压计(8)，且所述水压计(8)固定安装在位于透明玻璃板(7)的一侧。

5.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述检测设备(12)包括有测压计和百分表。

6.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述摄像机(13)位于模型箱体(1)的一侧，且摄像机(13)的高度与透明玻璃板(7)的高度相同。

7.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述模型箱体(1)的内壁固定安装有密封阻水带(14)。

8.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述加载装置(10)包括加载板(15)、推杆(16)和载重台板(17)；所述加载板(15)安装在模型箱体(1)内部的上端，所述推杆(16)的底部与加载板(15)的上端面连接；所述加载板(15)的下端面与加劲肋板(9)连接，所述推杆(16)穿过模型箱体(1)的顶壁且推杆(16)的顶部与载重台板(17)的下端面连接；所述载重台板(17)的上端面设有电子秤(18)，所述电子秤(18)与检测设备(12)电连接。

9.根据权利要求1所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述加载装置(10)包括加载板(15)、推杆(16)、活塞(19)、液压缸(20)、液泵(21)和电磁阀(22)；所述加载板(15)安装在模型箱体(1)内部的上端，所述推杆(16)的底部与加载板(15)的上端面连接；所述加载板(15)的下端面与加劲肋板(9)连接，所述活塞(19)安装在液压缸(20)内且把液压缸(20)分隔为上液腔和下液腔，所述活塞(19)能够在液压缸(20)内滑动，在上液腔和下液腔分别安装有压力传感器(23)，上液腔和下液腔分别通过管道与液泵(21)的排出口和吸入口连接，所述液泵(21)的排出口和吸入口的管道之间设有旁通管，所述旁通管上安装有电磁阀(22)，所述推杆(16)穿过模型箱体(1)的顶壁和液压缸(20)的缸壁，且所述推杆(16)的顶部与活塞(19)连接；所述压力传感器(23)与检测设备(12)电连接。

10.根据权利要求8或者9所述的基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌水作用试验装置，其特征在于：所述推杆(16)为多根且相互间隔均匀地布置在加载板(15)的上端面。

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