【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程试验的，尤其是一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置及其工作方法。
技术介绍
1、钻爆法开挖山区隧道具有施工速度快、施工安全和人力资源消耗少等优点；同隧道掘进机相比，钻爆法又有适应能力强，施工成本低廉等优点，钻爆法在隧道工程的施工中有着举足轻重的作用。钻爆法开挖隧道也有一定的负面影响，由于爆炸荷载的冲击作用，隧道爆破开挖必将对围岩、衬砌以及周边建筑物造成不同程度的影响。因此，开展隧道爆破开挖技术的研究具有现实意义。
2、目前，隧道爆破开挖的试验研究主要以现场试验和数值模拟为主，现场试验结果分析存在使用的滞后性，数值模拟结果受主观性因素影响突出。众多学者开展了室内相似尺度物理试验，但是同时考虑开挖动静荷载的有待完善。因此，有必要提出一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置及其工作方法，能够较准确模拟隧道爆破开挖，揭示其对围岩的力学响应规律，以期为隧道爆破开挖的合理设计提供依据。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置及其工作方法，该三维模型试验装置由箱体、模拟隧道、模拟岩层和应力应变监测元件组成，模拟隧道包括pvc管、钢管和振动电机，pvc管用于模拟隧道初期支护，钢管用于模拟隧道开挖荷载，振动电机用于模拟隧道开挖爆破荷载，能够较准确模拟隧道爆破开挖，揭示其对围岩的力学响应规律，为隧道爆破开挖的合理设计提供依据。
2、本专利技术目的实现由以下技术方案完成：
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4、所述箱体由钢架和亚克力板组成，所述钢架的侧面和底面均安装有所述亚克力板，所述亚克力板的内侧设置有聚苯乙烯泡沫板，所述聚苯乙烯泡沫板的内侧粘贴有聚氯乙烯薄膜。
5、所述升降台上安装有高度调节旋钮，所述高度调节旋钮同调节杆端部的凹槽相配合。
6、所述弧形底座内壁的底部安装有移动杆安装螺母，所述移动杆安装螺母的内螺纹同移动杆端部的外螺纹相配合。
7、所述应力应变监测元件包括土压力盒和应变片，所述土压力盒和所述应变片分别同静态应变仪连接。
8、所述上部管片和所述下部管片的一端均设有拆卸孔，所述拆卸孔同拆卸杆的端部相配合。
9、所述钢管的轴向切割线与轴线之间的夹角为1°，所述钢管的径向切割线与径线平行。
10、所述升降台焊接在所述弧形底座上，所述升降台与所述振动电机之间通过螺栓连接。
11、一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
12、s1：确定隧道工程模拟区域，并根据钢管的直径和pvc管的直径，确定物理相似比例常数；
13、s2：确定模拟岩层材料、所述pvc管的管壁厚度和箱体的尺寸；
14、s3：设计应力应变监测点；
15、s4：采用夯实填筑法制作模拟岩层，在所述箱体内由下至上平铺填筑所述模拟岩层材料；当所述模拟岩层材料填筑至模拟隧道的底部时，安装所述pvc管、所述钢管和振动电机；继续填入所述模拟岩层材料同时按照要求布置应力应变监测元件，并继续填入所述模拟岩层材料直至筑到所述箱体顶部；
16、s5：通过相似比例计算的振动荷载调整所述振动电机的参数，平衡应力和应变初始数据；
17、s6：通过相似比例计算每段所述钢管拆除时间和所述振动电机振动时间，对每段所述钢管施加振动荷载，并拆除对应段所述钢管，以此循环，直至所述钢管拆除结束；
18、s7：所述振动电机和所述应力应变监测元件调试成功后，单次采集3次应力应变值作为初始应力应变值大小，所述模拟隧道首次开始施加动荷载同时进行数据的采集，数据采集间隔时间不大于30s，直至拆除结束后不小于60min后停止数据采集。
19、所述模拟隧道的安装方法如下：
20、放置所述pvc管，并在所述pvc管内安装所述钢管，所述钢管上下错开1/3的管片长度安装，所述钢管全部安装到位后，推进上半部的所述钢管，使所述钢管上下错开1/2的管片长度，此处的上下错开是指上部管片与对应地下部管片部分重叠放置；在所述钢管内安装所述振动电机。
21、本专利技术的优点是：装置制作简单、实用性强、试验费用低、消耗人力物力资源较少；能够较准确模拟隧道爆破开挖，揭示其对围岩的力学响应规律，为隧道爆破开挖的合理设计提供依据。
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1.一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：包括箱体、安装在所述箱体内的模拟隧道以及填充于所述箱体和所述模拟隧道之间的模拟岩层，所述模拟岩层内埋设有应力应变监测元件，所述模拟隧道包括用于模拟隧道初期支护的PVC管、用于模拟隧道开挖荷载的钢管以及用于模拟隧道开挖爆破荷载的振动电机，所述钢管沿轴向切割成上下两部分，所述钢管的上下两部分沿径向切割成若干段，以形成上部管片和下部管片，所述振动电机通过升降台安装在弧形底座上，所述弧形底座滑动式安装在所述钢管内壁上。
2.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述箱体由钢架和亚克力板组成，所述钢架的侧面和底面均安装有所述亚克力板，所述亚克力板的内侧设置有聚苯乙烯泡沫板，所述聚苯乙烯泡沫板的内侧粘贴有聚氯乙烯薄膜。
3.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述升降台上安装有高度调节旋钮，所述高度调节旋钮同调节杆端部的凹槽相配合。
4.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述弧形底座内壁的底部
5.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述应力应变监测元件包括土压力盒和应变片，所述土压力盒和所述应变片分别同静态应变仪连接。
6.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述上部管片和所述下部管片的一端均设有拆卸孔，所述拆卸孔同拆卸杆的端部相配合。
7.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述钢管的轴向切割线与轴线之间的夹角为1°，所述钢管的径向切割线与径线平行。
8.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述升降台焊接在所述弧形底座上，所述升降台与所述振动电机之间通过螺栓连接。
9.如权利要求1-8任一所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置的工作方法，其特征在于：所述工作方法包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置的工作方法，其特征在于所述模拟隧道的安装方法如下：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：包括箱体、安装在所述箱体内的模拟隧道以及填充于所述箱体和所述模拟隧道之间的模拟岩层，所述模拟岩层内埋设有应力应变监测元件，所述模拟隧道包括用于模拟隧道初期支护的pvc管、用于模拟隧道开挖荷载的钢管以及用于模拟隧道开挖爆破荷载的振动电机，所述钢管沿轴向切割成上下两部分，所述钢管的上下两部分沿径向切割成若干段，以形成上部管片和下部管片，所述振动电机通过升降台安装在弧形底座上，所述弧形底座滑动式安装在所述钢管内壁上。
2.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述箱体由钢架和亚克力板组成，所述钢架的侧面和底面均安装有所述亚克力板，所述亚克力板的内侧设置有聚苯乙烯泡沫板，所述聚苯乙烯泡沫板的内侧粘贴有聚氯乙烯薄膜。
3.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述升降台上安装有高度调节旋钮，所述高度调节旋钮同调节杆端部的凹槽相配合。
4.如权利要求1所述的一种模拟隧道钻爆法开挖的三维模型试验装置，其特征在于：所述弧形底座内壁的底部安装有移动...
【专利技术属性】
技术研发人员：李一凡，黄昌富，卢宏建，王艳辉，高永涛，张帆舸，景建军，刘东利，杨和猛，
申请(专利权)人：中铁十五局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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