本实用新型专利技术公开了一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，包括空洞模型、试验模型箱(8)、加热控制装置(7)、试验土体(9)、LVDT位移计(10)、带孔的钢制隧道模型(11)、开关阀门(13)、量筒(14)；所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型包括聚氨酯液囊(3)、电阻丝(4)、第一导管(5)和第二导管(6)，第一导管(5)和第二导管(6)设置在聚氨酯液囊(3)上，电阻丝(4)穿过聚氨酯液囊(3)上的第二导管(6)连接到加热控制装置(7)；本实用新型专利技术模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置能较好的解决现有模型试验中地层空洞难以模拟及空洞形状无法控制的问题。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于地下工程试验
，可以模拟地铁盾构隧道施工所引发的不 同形状及规模的地层空洞，为研宄空洞坍落及扩展机制的模型试验提供了依据。
技术介绍
在城市地铁建设中，盾构法由于其施工速度快、对周围环境影响小等特点得到了 越来越广泛的应用。盾构法隧道施工技术经过一百多年的发展，虽然有了很大的进步，但仍 然不可避免地引起周围地层扰动，引起周边土体的应力释放及地层变形，极易带来地表塌 陷、既有建筑物变形等一系列问题，盾构开挖所造成的事故中，盾构施工诱发的地层空洞导 致的地表塌陷事故占事故总数的60%，地层空洞诱发的地面塌陷事故由于其发生的不确定 性、滞后性、突然性而导致发生事故后造成的危害较大。因此，针对盾构施工所诱发地层空 洞的演变及扩展机理及其所引发的的地表沉降塌陷问题开展深入研宄是非常必要的。 目前关于盾构施工所诱发地层空洞的演变及扩展机理及其所引发的的地表沉降 塌陷的研宄所采用的主要方法有现场测试法、数值计算法和室内模型试验法。室内模型试 验基于相似理论，利用与原型在几何、材料等方面的相似的模型开展试验，具有可人为控制 和改变试验条件，可进行重复性试验，效果直观清楚，周期短等特点，在隧道及地下工程研 宄领域得到了广泛的应用。 现有的模拟装置与方法中，存在一个共同的缺点，就是在对于地层空洞的模拟中， 无法体现地层空洞在形状及规模上的不确定性，通常只是将地层空洞简化为某一特定的形 状（如圆形或椭圆形）。然而，在实际工程中，盾构施工所引发的地层空洞形状是极不规则 的，空洞规模亦存在很大的不确定性，将其近似为特定形状进行的研宄，试验结果往往与 实际情况偏差较大。
技术实现思路
本技术的目的在于提供盾构施工引发地层空洞模型试验中不规则形状地层 空洞的试验装置。该试验装置能较好的解决现有模型试验中地层空洞难以模拟及空洞形状 无法控制的问题。 为了达到上述目的，本技术采用了以下技术方案： 一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，包括空洞模型、试验模型 箱（8)、加热控制装置（7)、试验土体（9)、LVDT位移计（10)、带孔的钢制隧道模型（11)、开 关阀门（13)、量筒（14);所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型包括聚 氨酯液囊（3)、电阻丝（4)、第一导管（5)和第二导管（6)，第一导管（5)和第二导管（6)设 置在聚氨酯液囊（3)上并连通到聚氨酯液囊（3)内部，电阻丝（4)穿过聚氨酯液囊（3)上 的第二导管（6)连接到加热控制装置（7);试验模型箱（8)中填充试验土体（9)，在试验土 体（9)表面设置LVDT位移计以测量地表位移（10)。 所述的试验装置，还包括制作空洞模型的聚氯乙烯塑料（1)和钢丝网（2)，钢丝网 (2)铺衬在聚氯乙烯塑料⑴内部，聚氨酯液囊（3)外表面与钢丝网⑵紧密贴合在一起。 与现有技术相比，本技术的有益效果是： 1、本技术利用液态水形状易改变的特点，将盛有液态水的容器预先设定形 状，充满水后将其冷冻为固态的冰，可在一定时间内保持形状不变，此方法可有效解决形状 不规则地层空洞难以模拟的问题。 2、以往的模型试验中，地层空洞一般只能一次性生成，本技术通过液囊内设 置的电阻丝控制冰块融化时间，从而达到控制地层空洞形成时间的目的，可用于研宄地层 空洞形成的时间快慢对于地表沉降的影响。 3、本技术通过在隧道模型上设置孔道将出水导管和电阻丝加热装置与外界 连接，有效的避免了导管埋设在土体中对土体所造成的扰动问题，使模型试验更接近于工 程实际情况。【附图说明】 图1为本技术所述用于模拟不规则形状地层空洞装置图； 图2为技术所述模型箱及地层空洞模拟系统装置正视图； 其中，1、聚氯乙烯塑料；2、钢丝网；3、聚氨酯液囊；4、电阻丝；5、第一导管；6、第二 导管；7、加热控制装置；8、试验模型箱；9、试验土体；10、LVDT位移计；11、钢制隧道模型； 12、冷冻箱；13、开关阀门；14、量筒。【具体实施方式】 以下结合具体实施例，对本技术进行详细说明。 如图1和图2所示，模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，包括空洞模 型、试验模型箱8、加热控制装置7、试验土体9、LVDT位移计10、带孔的钢制隧道模型11、开 关阀门13、量筒14 ;所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型包括聚氨酯 液囊3、电阻丝4、第一导管5和第二导管6,第一导管5和第二导管6设置在聚氨酯液囊3 上并连通到聚氨酯液囊3内部，电阻丝4穿过聚氨酯液囊3上的第二导管6连接到加热控 制装置7,由加热控制装置7对电阻丝进行加热控制，聚氨酯液囊3上的第一导管5用于向 聚氨酯液囊3内输送包括水在内的液体介质，或者将该液体介质输送到聚氨酯液囊3外部 的量筒14中。 空洞模型的制作方法为：根据需要采用聚氯乙烯塑料1制成所需要的内轮廓，钢 丝网2铺衬在聚氯乙烯塑料1内部，聚氨酯液囊3外表面与钢丝网2紧密贴合在一起，在聚 氨酯液囊3内设置电阻丝4并通过第二导管6将电阻丝4通到外部；将聚氯乙烯塑料1和 钢丝网2设定为某一形状后，通过第一导管5向聚氨酯液囊3内注满水，然后将其放于冷冻 箱12内，一段时间后，聚氨酯液囊3中的水固结成冰，拆除聚氯乙烯塑料1和钢丝网2即可 得用于模拟不同形态的地层空洞的空洞模型。 试验模型箱8中填充试验土体9,填充至所需高度后在土层表面设置LVDT位移计 以测量地表位移10。 试验中需通过量筒14来测量空洞的体积，初始状态下聚氨酯液囊3中水的状态为 固体的冰，经电阻丝4加热融化后成为液态水进入量筒14中，由于水结冰之后，体积增大， 不能简单的用量筒14中水的体积作为空洞的体积，空洞的体积测量公式可有下面的分析 得到。P水=lg/cm3P冰=0? 9g/cm3 m水=m冰【主权项】1. 一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，其特征在于，包括空洞模型、 试验模型箱（8)、加热控制装置（7)、试验土体（9)、LVDT位移计（10)、带孔的钢制隧道模型 (11)、开关阀门（13)、量筒（14);所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型 包括聚氨酯液囊（3)、电阻丝（4)、第一导管（5)和第二导管（6)，第一导管（5)和第二导管 (6) 设置在聚氨酯液囊（3)上并连通到聚氨酯液囊（3)内部，电阻丝（4)设置在聚氨酯液 囊⑶内部，所述电阻丝⑷穿过聚氨酯液囊⑶上的第二导管（6)连接到加热控制装置 (7) ;试验模型箱（8)中填充试验土体（9)，在试验土体（9)表面设置LVDT位移计以测量地 表位移（10)。2. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，还包括制作空洞模型的聚氯乙烯塑 料⑴和钢丝网（2)，钢丝网⑵铺衬在聚氯乙烯塑料⑴内部，聚氨酯液囊（3)外表面与 钢丝网（2)紧密贴合在一起。【专利摘要】本技术公开了一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，包括空洞模型、试验模型箱(8)、加热控制装置(7)、试验土体(9)、LVDT位移计(10)、带孔的钢制隧道模型(11)、开关阀门(13)、量筒(14)；所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型包括聚氨酯液囊(3)、电阻丝(4)、第一导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，其特征在于，包括空洞模型、试验模型箱(8)、加热控制装置(7)、试验土体(9)、LVDT位移计(10)、带孔的钢制隧道模型(11)、开关阀门(13)、量筒(14)；所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型包括聚氨酯液囊(3)、电阻丝(4)、第一导管(5)和第二导管(6)，第一导管(5)和第二导管(6)设置在聚氨酯液囊(3)上并连通到聚氨酯液囊(3)内部，电阻丝(4)设置在聚氨酯液囊(3)内部，所述电阻丝(4)穿过聚氨酯液囊(3)上的第二导管(6)连接到加热控制装置(7)；试验模型箱(8)中填充试验土体(9)，在试验土体(9)表面设置LVDT位移计以测量地表位移(10)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭建宁，张雪金，杨志浩，刘书斌，方勇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51
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