【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及巖土工程領(lǐng)域，尤其涉及的是深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，周身土體受到擾動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或土層破壞，這些變化會(huì)直接作用于隧道本身，產(chǎn)生土拱效應(yīng)。在深層地下空間中，隧道需承受較高的圍巖壓力與較高的滲漏風(fēng)險(xiǎn)，在此區(qū)域下施工對(duì)周身土體的擾動(dòng)與破壞會(huì)對(duì)隧道帶來(lái)更大的影響。因此，探究該區(qū)域土體破壞對(duì)隧道造成的影響，確定土拱效應(yīng)的演化規(guī)律，進(jìn)一步確保施工安全，了解處于深層地下空間中高地應(yīng)力高水壓狀態(tài)下的土體的土拱效應(yīng)演化至關(guān)重要。
2、傳統(tǒng)的活動(dòng)門(mén)試驗(yàn)便是通過(guò)活動(dòng)門(mén)的上下移動(dòng)來(lái)模擬土體松動(dòng)與擠壓，實(shí)現(xiàn)土拱效應(yīng)，然而，現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置無(wú)法對(duì)處于高地應(yīng)力和高水壓狀態(tài)下的土體的土拱效應(yīng)做出模擬。
3、因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，有待改進(jìn)與發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的試驗(yàn)裝置無(wú)法對(duì)處于高地應(yīng)力和高水壓狀態(tài)下的土體的土拱效應(yīng)做出模擬的問(wèn)題。
2、本專(zhuān)利技術(shù)解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：
3、一種深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述試驗(yàn)裝置包括：
4、承載機(jī)構(gòu)，用于承載土體；
5、第一加壓機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述承載機(jī)構(gòu)的上方，所述第一加壓機(jī)構(gòu)用于為所述承載機(jī)構(gòu)承載的土體模擬高地應(yīng)力條件；
6、第二加壓機(jī)構(gòu)，與所述承載機(jī)構(gòu)相連接，所述第二加壓機(jī)
7、活動(dòng)門(mén)，貫穿所述承載機(jī)構(gòu)的底部設(shè)置，所述活動(dòng)門(mén)用于沿所述承載機(jī)構(gòu)的高度方向移動(dòng)；
8、移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述活動(dòng)門(mén)連接，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于控制所述活動(dòng)門(mén)移動(dòng)；
9、伺服控制機(jī)構(gòu)，與所述承載機(jī)構(gòu)、所述第一加壓機(jī)構(gòu)、所述第二加壓機(jī)構(gòu)和所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，所述伺服控制機(jī)構(gòu)用于控制所述承載機(jī)構(gòu)、所述第一加壓機(jī)構(gòu)、所述第二加壓機(jī)構(gòu)和所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)；
10、以及監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述活動(dòng)門(mén)的上表面，所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)用于監(jiān)測(cè)所述活動(dòng)門(mén)下移過(guò)程中的目標(biāo)土體數(shù)據(jù)。
11、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述承載機(jī)構(gòu)包括：
12、模型箱，所述模型箱的內(nèi)部用于承載土體；
13、蓋板，蓋合在所述模型箱上，所述蓋板用于將所述第一加壓機(jī)構(gòu)施加的壓力傳遞至承載機(jī)構(gòu)中的土體；
14、所述模型箱包括底板及與所述底板相連接的側(cè)壁，所述底板和所述蓋板相對(duì)設(shè)置，所述底板上開(kāi)設(shè)有用于容納活動(dòng)門(mén)的貫穿槽；
15、其中，所述蓋板上設(shè)置有若干透水孔。
16、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一加壓機(jī)構(gòu)包括：
17、反力架，設(shè)置于所述蓋板的上方，所述反力架的輸出軸貫穿所述蓋板設(shè)置；
18、加載件，與所述反力架的輸出軸相連接，所述加載件用于在反力架的帶動(dòng)下對(duì)所述模型箱內(nèi)的土體施加壓力；
19、其中，所述反力架中設(shè)置有第一液壓油泵，所述第一液壓油泵與所述伺服控制機(jī)構(gòu)相連接。
20、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二加壓機(jī)構(gòu)包括：
21、壓力罐，所述壓力罐內(nèi)儲(chǔ)存有液體，且所述壓力罐上設(shè)置有排水口；
22、輸水管，所述輸水管的一端與所述排水口相連接，所述輸水管的另一端與所述蓋板上的透水孔相連接；
23、以及空氣壓縮機(jī)，與所述壓力罐相連接，所述空氣壓縮機(jī)用于壓縮所述壓力罐內(nèi)的空氣，以對(duì)所述壓力罐內(nèi)的液體加壓，加壓后的液體由壓力罐上的排水口排至所述輸水管中；
24、其中，所述空氣壓縮機(jī)中設(shè)置有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)與所述伺服控制機(jī)構(gòu)相連接。
25、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述活動(dòng)門(mén)設(shè)置有多個(gè)，每個(gè)所述活動(dòng)門(mén)均對(duì)應(yīng)有一個(gè)貫穿槽。
26、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述試驗(yàn)裝置還包括：底座；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置為反頂缸，所述反頂缸固定在所述底座上，各個(gè)所述活動(dòng)門(mén)的下端均與所述反頂缸的連接軸相連接，所述反頂缸連接有第二液壓油泵，所述第二液壓油泵與所述伺服控制機(jī)構(gòu)相連接。
27、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)包括：
28、土壓力傳感器，設(shè)置于所述活動(dòng)門(mén)的上表面，所述土壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)所述活動(dòng)門(mén)下移過(guò)程中土體的土壓力信息；
29、孔隙水傳感器，設(shè)置于所述活動(dòng)門(mén)的上表面，所述孔隙水傳感器用于監(jiān)測(cè)所述活動(dòng)門(mén)下移過(guò)程中土體的孔隙水壓力信息。
30、本申請(qǐng)還提供一種基于如上所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)方法，其中，所述試驗(yàn)方法包括：
31、若模擬高地應(yīng)力條件，則伺服控制機(jī)構(gòu)接收壓力輸入值，基于所述壓力輸入值控制所述第一加壓機(jī)構(gòu)中第一液壓油泵內(nèi)的流體流量和壓力，以使所述第一加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述承載機(jī)構(gòu)中的土體施加所述壓力輸入值；
32、若模擬高水壓條件，則伺服控制機(jī)構(gòu)接收水壓輸入值，基于所述水壓輸入值控制所述第二加壓機(jī)構(gòu)中空氣壓縮機(jī)的伺服電機(jī)，以使所述第二加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述承載機(jī)構(gòu)中的土體施加所述水壓輸入值；
33、當(dāng)高地應(yīng)力條件或高水壓條件形成后，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制所述活動(dòng)門(mén)以預(yù)設(shè)速度下移預(yù)設(shè)距離，以實(shí)現(xiàn)土體破壞，同時(shí)，所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)所述活動(dòng)門(mén)下移過(guò)程中的目標(biāo)土體數(shù)據(jù)。
34、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，伺服控制機(jī)構(gòu)接收壓力輸入值，基于所述壓力輸入值控制所述第一加壓機(jī)構(gòu)中第一液壓油泵內(nèi)的流體流量和壓力，以使所述第一加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述承載機(jī)構(gòu)中的土體施加所述壓力輸入值之前，還包括：
35、打開(kāi)所述伺服控制機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)，以及連接所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)；
36、將所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及所述活動(dòng)門(mén)的位置歸零，當(dāng)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)始收集數(shù)據(jù)時(shí)，向所述承載機(jī)構(gòu)的模型箱中分層填筑土體；
37、土體填筑完成后，土體的表面利用水平儀以及刮平工具找平；
38、將所述承載機(jī)構(gòu)的蓋板安裝至模型箱上，將所述第一加壓機(jī)構(gòu)安裝至所述承載機(jī)構(gòu)上，安裝完成后，結(jié)束監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集，靜置土體。
39、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，伺服控制機(jī)構(gòu)接收水壓輸入值，基于所述水壓輸入值控制所述第二加壓機(jī)構(gòu)中空氣壓縮機(jī)的伺服電機(jī)，以使所述第二加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述承載機(jī)構(gòu)中的土體施加所述水壓輸入值之前，還包括：
40、確定所述第二加壓機(jī)構(gòu)中壓力罐內(nèi)的當(dāng)前水量滿(mǎn)足預(yù)設(shè)水量范圍；
41、打開(kāi)所述伺服控制機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)，打開(kāi)所述第二加壓機(jī)構(gòu)中的空氣壓縮機(jī)，以及連接所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)；
42、將所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及所述活動(dòng)門(mén)的位置歸零，當(dāng)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)始收集數(shù)據(jù)時(shí)，向所述承載機(jī)構(gòu)的模型箱中分層填筑土體；
43、土體填筑完成后，土體的表面利用水平儀以及刮平工具找平，找平土體后，向所述承載機(jī)構(gòu)的模型箱內(nèi)加水至預(yù)定高度；
44、將所述承載機(jī)構(gòu)的蓋板安裝至模型箱上，在壓力罐和蓋板之間連接輸水管，壓力罐通過(guò)所述輸水管向模型箱繼續(xù)加水直至充滿(mǎn)所述模型箱本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述承載機(jī)構(gòu)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一加壓機(jī)構(gòu)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第二加壓機(jī)構(gòu)包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活動(dòng)門(mén)設(shè)置有多個(gè)，每個(gè)所述活動(dòng)門(mén)均對(duì)應(yīng)有一個(gè)貫穿槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)裝置還包括：底座；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置為反頂缸，所述反頂缸固定在所述底座上，各個(gè)所述活動(dòng)門(mén)的下端均與所述反頂缸的連接軸相連接，所述反頂缸連接有第二液壓油泵，所述第二液壓油泵與所述伺服控制機(jī)構(gòu)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)包括：
8.一種基于如權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的試驗(yàn)方法，其特征在于，伺服控制機(jī)構(gòu)接收壓力輸入值，基于所述壓力輸入值控制所述第一加壓機(jī)構(gòu)中第一液壓油泵內(nèi)的流體流量和壓力，以使所述第一加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述承載機(jī)構(gòu)中的土體施加所述壓力輸入值之前，還包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的試驗(yàn)方法，其特征在于，伺服控制機(jī)構(gòu)接收水壓輸入值，基于所述水壓輸入值控制所述第二加壓機(jī)構(gòu)中空氣壓縮機(jī)的伺服電機(jī)，以使所述第二加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述承載機(jī)構(gòu)中的土體施加所述水壓輸入值之前，還包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述承載機(jī)構(gòu)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一加壓機(jī)構(gòu)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第二加壓機(jī)構(gòu)包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活動(dòng)門(mén)設(shè)置有多個(gè)，每個(gè)所述活動(dòng)門(mén)均對(duì)應(yīng)有一個(gè)貫穿槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深層地下空間開(kāi)發(fā)土拱效應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)裝置還包括：底座；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置為反頂缸，所述反頂缸固定在所述底座上，各個(gè)所述活動(dòng)門(mén)的下端均與所述反頂缸的連接軸相連接，所述反...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林星濤，趙澤宇，王燈，陳湘生，曾輝，蘇棟，王樹(shù)英，韓凱航，陳睿迪，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：深圳大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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