CN217655116U - 一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，具体为：透明模型试验箱正面透明板预留隧道轮廓用以安装隧道模型；模型试验箱顶部设置进水管，进水管管口延伸至底部；模型试验箱左侧设置的排沙洞；模型试验箱外侧设有若干肋板；隧道模型内侧设置衬砌模型，隧道模型的外侧设有一层注浆圈，溶腔模型设置在注浆圈外侧，溶腔模型中填满充填物；本实用新型模型试验装置简单、使用简便、成本低，可以模拟溶腔充填物流失的整个过程，研究隧道的力学特性；可以定量研究在地下水作用下大型溶洞充填物的流失对隧道的影响。

Description

一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置

技术领域

本实用新型属于隧道及地下工程试验领域，尤其涉及一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置。

背景技术

我国岩溶现象分布广泛，遍及多个地区，尤其是在西南地区较为显著。岩溶地貌的存在给隧道的施工及运营带来极大的不便和威胁，在地面水和地下水的作用下，大型溶洞常常出现涌水突水、坍塌的事故。并且，隧道洞周岩溶充填物在地下流水作用下可能出现流失风险，对隧道的建设及运营造成重大危害与经济损失。岩溶充填物的流失将改变施工期隧道周边应力场，充填物流失后的溶腔有坍塌风险；在岩溶水作用下，隧道衬砌结构还有直接承担水压力和背后溶腔坍塌风险。因此对大型溶洞充填物流失进行研究具有重要意义。

目前研究一般类型溶洞充填物流失对隧道的影响比较多见，但鲜有定量研究大型溶洞充填物流失的模型试验，本实用新型利用室内模型试验来模拟大规模岩溶在不同水头情况下充填物流失对隧道衬砌的影响以及同一水头下流失程度对其影响。

实用新型内容

为了模拟充填物流失的整个过程，研究隧道衬砌的力学情况，本实用新型提供一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置。

本实用新型的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，具体为：透明模型试验箱正面透明板预留隧道轮廓用以安装隧道模型；模型试验箱顶部设置进水管，进水管管口延伸至底部；模型试验箱左侧设置的排沙洞；模型试验箱外侧设有若干肋板。

隧道模型内侧设置衬砌模型，隧道模型的外侧设有一层注浆圈，溶腔模型设置在注浆圈外侧，溶腔模型中填满充填物。

进一步的，透明模型试验箱长120cm、宽30cm、高160cm；排沙洞直径15cm。

进一步的，在模型试验箱排沙洞附近预留10cm岩柱。

进一步的，注浆圈的边界用细钢丝网定型成圆形并垫纱布，细钢丝网的搭肩伸进隧道拱顶上方土体5cm。

进一步的，充填物由粗砂及粉土夹细砂组成，隧道模型的围岩由白云岩与灰岩组成。

进一步的，隧道模型沿隧道纵向等间距设置应变片、位移计、水压力计和土压力盒。

进一步的，衬砌模型选用含钢丝网的石膏作为衬砌材料。

本实用新型的有益技术效果为：

本实用新型模型试验装置简单、使用简便、成本低，可以模拟溶腔充填物流失的整个过程，研究隧道的力学特性。可以定量研究在地下水作用下大型溶洞充填物的流失对隧道的影响。

附图说明

图1为本实用新型模型试验箱的正面图；

图2为本实用新型模型试验箱的侧视图；

图3为本实用新型溶腔模型及隧道模型的示意图。

图中：1、模型试验箱；2、进水管；3、肋板；4、隧道模型；5、溶腔模型；6、隧道轮廓洞；7、排沙洞；8、注浆圈；9、隧道衬砌；10、充填物。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置如图1所示，具体为：透明模型试验箱1正面透明板预留隧道轮廓6用以安装隧道模型4；模型试验箱1顶部设置进水管2，进水管2管口延伸至底部。如图2所示，模型试验箱1左侧设置的排沙洞7，其高度可根据具体试验情况设置，预制孔洞在试验之前先用密封条密封防水；模型试验箱1外侧设有若干肋板3以提高约束刚度。

如图3所示，隧道模型4内侧设置衬砌模型9，隧道模型4的外侧设有一层注浆圈8，溶腔模型5设置在注浆圈8外侧，溶腔模型5中填满充填物10。

进一步的，透明模型试验箱1长120cm、宽30cm、高160cm；排沙洞7直径15cm。

进一步的，在模型试验箱1排沙洞7附近预留10cm岩柱防止充填物流失后溶洞垮塌。

进一步的，注浆圈8的边界用细钢丝网定型成圆形并垫纱布，防止充填砂流失后崩塌，其不分担很大荷载，主要起护面作用。细钢丝网的搭肩伸进隧道拱顶上方土体5cm，使其更加稳定，发挥作用。

进一步的，充填物10由粗砂及粉土夹细砂组成，隧道模型4的围岩由白云岩与灰岩组成。

进一步的，隧道模型4沿隧道纵向等间距设置应变片、位移计、水压力计和土压力盒。其中，土压力计监测断面沿纵向10cm、15cm、20cm设置。

进一步的，衬砌模型9选用含钢丝网的石膏作为衬砌材料。

本实用新型的模型试验装置具体使用方法如下：

步骤1：选定围岩相似配比材料，设计正交试验配置围岩相似材料，采用物理力学试验确定相似材料的重度、强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数和孔隙率指标；配置衬砌相似材料，采用物理力学试验测试材料重度、强度、弹性模量指标。

步骤2：将围岩相似材料装入模型试验箱1至溶腔模型5设计标高位置。

步骤3：对衬砌模型9按要求布置好应变片、位移计、水压力计和土压力盒，并放入进水管2。

步骤4：用细钢丝网外包纱布模拟溶腔模型5和注浆圈8边界，放入模型试验箱1内预定位置，然后在溶腔模型5内分层填入砂，注浆圈8内填入注浆相似材料，然后在周边填入围岩相似材料至设计高度并夯实，随后静置一段时间。

步骤5：开始模拟开挖并支护，选用石膏作为初期衬砌材料，开挖设定进尺后将初期衬砌材料均匀涂抹在开挖面上，静置一段时间并测试应力、位移和土压力数据，随后进行下一个开挖支护循环，循环上述步骤直至完成对隧道的开挖及初期支护。

步骤6：放入预制的二次衬砌，并采用注浆器将初支材料注入初支和二衬之间，以保证初支和二衬密贴，同时监测各项数据的变化情况并记录。

步骤7：打开进水管2，注水至仰拱以上的预设水头，静置一段时间后监测各项数据，观察隧道衬砌9的受力情况是否有裂损、破坏情况，如有则记录。

步骤8：将模型试验箱1侧面的排沙洞7打开，使充填物10从排沙洞7流出，同时监测各项数据的变化情况并记录，模拟同一水头下溶洞充填物流失全过程对隧道的影响。

步骤9：重新分层填土，循环步骤7-8，模拟不同水头情况下充填物流失对隧道的影响。

Claims (6)

1.一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，其特征在于，透明模型试验箱(1)正面透明板预留隧道轮廓洞(6)用以安装隧道模型(4)；模型试验箱(1)顶部设置进水管(2)，进水管(2)管口延伸至底部；模型试验箱(1)左侧设置的排沙洞(7)；模型试验箱(1)外侧设有若干肋板(3)；

所述隧道模型(4)内侧设置衬砌模型(9)，隧道模型(4)的外侧设有一层注浆圈(8)，溶腔模型(5)设置在注浆圈(8)外侧，溶腔模型(5)中填满充填物(10)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，其特征在于，所述透明模型试验箱(1)长120cm、宽30cm、高160cm；排沙洞(7)直径15cm。

3.根据权利要求2所述的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，其特征在于，在模型试验箱(1)排沙洞(7)附近预留10cm岩柱。

4.根据权利要求1所述的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，其特征在于，所述注浆圈(8)的边界用细钢丝网定型成圆形并垫纱布，细钢丝网的搭肩伸进隧道拱顶上方土体5cm。

5.根据权利要求1所述的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，其特征在于，所述隧道模型(4)沿隧道纵向等间距设置应变片、位移计、水压力计和土压力盒。

6.根据权利要求1所述的一种模拟溶洞充填物流失对隧道影响的模型试验装置，其特征在于，所述衬砌模型(9)选用含钢丝网的石膏作为衬砌材料。

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