專利名稱：一種可考慮采空區(qū)及溶洞的隧道模型試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可用于考慮采空區(qū)及溶洞的隧道模型試驗裝置，尤其涉及采空區(qū)及溶洞位于隧道底板下方的模型試驗。
背景技術：
在鐵路隧道和公路隧道修建的過程中，難免因為各種原因不可避免的穿越采空區(qū)及溶洞，如我國一些淺部富煤地區(qū)，由于對其礦產資源的開發(fā)，致使其存在大大小小的不同地質及開采特征的煤窯采空區(qū)；又如在我國西南部云、貴、桂地區(qū)，以及川、鄂、湘部分地區(qū)碳酸鹽地層成片連續(xù)分布，巖溶廣泛發(fā)育，致使在隧道在修建的過程中經常會發(fā)生突水、突泥(涌砂)、塌方等工程災害的發(fā)生。由此可見，采空區(qū)及溶洞的存在，必然打破原有的巖體力學平衡狀態(tài)，致使上覆巖土體在自重作用下即可發(fā)生松弛、冒落或塌陷，因而其承載能力將大大降低，并且在未來的很長時間內仍不能達到穩(wěn)定，這對于隧道工程，尤其是對于高等級的高速公路和鐵路隧道而言，如果對采空區(qū)及溶洞處理不當，必然導致其路基和襯砌結構存在較大的安全隱患，在增大了后期維護管理成本的同時，同時也嚴重危及隧道的運營安全。目前對采空區(qū)及溶洞的處理主要以注漿為主，主要形式包括注漿加固、支護補強、注漿回填等。有的時候也可采用鋼筋混凝土筏型基礎和大口徑樁基等形式，其主要治理形式包括了跨越、回填、支撐等。而對于采空區(qū)及溶洞對隧道襯砌結構的安全性及穩(wěn)定性研究手段，主要是通過現(xiàn)場監(jiān)控量測和室內數(shù)值模擬分析兩種方式來實現(xiàn)，而通過室內模型試驗來實現(xiàn)的實例較少，尤其是當采空區(qū)及溶洞位于隧道底板下方時，在室內模型試驗中較難實現(xiàn)，在國內外尚屬空白。然而，通過室內模型試驗不僅可以以較小的代價預測原型實際力學狀態(tài)的規(guī)律，而且可以同施工現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和室內數(shù)值計算加以印證對比分析?！?br/>實用新型內容本實用新型的目的是通過提供一種可考慮已有采空區(qū)及溶洞位于隧道底板下方的模型試驗裝置。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種可考慮采空區(qū)及溶洞的隧道模型試驗裝置，包括隧道模型試驗箱體(10)、隧道模型試驗箱體外側的加載及行走系統(tǒng)(I)、位于隧道模型試驗箱體縱向中部的模型隧道預留開挖孔(2)、預埋的第一透明薄膜(3)和第二透明薄膜(5)、溶洞(4)及采空區(qū)(6);位于隧道模型試驗箱體底板(9)中部有一塊預留活動板(7)，預留活動板(7)由十六個可裝載和拆卸的分塊(10)組成；預留活動板(7)下部設置一預留地坑(8)。所述的隧道模型試驗裝置，隧道模型試驗箱體(10)的長、寬、高分別為:5600_、5600mm、5600mm,預留地坑(8)的長、寬、高分別為:6000mm、1800mm、1600mm。所述的隧道模型試驗裝置，預留活動板(7)的長、寬分別為:1600mm、600mm。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:[0010]通過在模型試驗系統(tǒng)箱下方預留地坑，方便了試驗人員自由進入模型試驗地層巖土體的下方進行操作，而模型試驗系統(tǒng)箱底板下方預留活動板和透明薄膜的預埋，實現(xiàn)了對位于隧道底板下方不同形狀和不同規(guī)模大小采空區(qū)及溶洞的模擬，解決了采空區(qū)及溶洞位于隧道底板下方無法在模型試驗施工模擬掘進前就已經存在的狀況，從而使試驗較真實的模擬了采空區(qū)及溶洞位于隧道底板下方時，地層巖土體及襯砌結構的力學行為特征，以對通過采空區(qū)及溶洞的隧道結構的設計和施工給出更科學可靠的試驗依據(jù)，以保障隧道在施工期和營運期間的安全。

圖1是本實用新型實施例加載的隧道模型試驗箱體示意圖。圖2是本實用新型實施例正視結構示意圖。圖3是本實用新型實施例俯視結構示意圖。圖4是本實用新型實施例側視結構示意圖。圖5是本實用新型實施例預留活動板示意圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。如圖1至圖5所示，一種可考慮采空區(qū)及溶洞位于隧道底板下方的模型試驗裝置，其試驗裝置包括隧道模型試驗箱體10、和隧道模型試驗箱體外側的加載及行走系統(tǒng)1，可對巖土體縱橫向進行不同力學行為特征的加載；位于隧道模型試驗箱體縱向中部的模型隧道預留開挖孔2，可裝載包括圓形斷面和馬蹄形斷面兩種不同的隧道模型；預埋的第一透明薄膜3和第二透明薄膜5、溶洞4、采空區(qū)6，可根據(jù)工況需要調整它們(第一透明薄膜3和第二透明薄膜5、溶洞 4、采空區(qū)6)位于隧道底板下方的距離；位于隧道模型試驗箱體底板9中部有一塊預留活動板7，預留活動板7由十六個可裝載和拆卸的分塊10組成，可根據(jù)煤層采空區(qū)的大小進行適當?shù)拈_孔；預留活動板7下部設置一預留地坑8，可方便試驗人員自由的進入模型試驗地層巖土體的下方進行操作。將模型試驗箱底板9下方的預留活動板7關閉，向隧道模型試驗箱體內部摻入填土，并在摻入填土的過程中將第一透明薄膜3或第二透明薄膜5預埋至隧道預留活動板7正上方的模型隧道預留開挖孔2的下方。然后試驗人員通過模型試驗箱下方的預留地坑8，進入隧道模型試驗箱體內部的地層巖土體下方，且通過拆除隧道模型試驗箱體底板下方預留活動板7的部分或全部分塊10，并由掏槽工具將其下方土體掏空至已預埋的第一透明薄膜3或第二透明薄膜5處，以實現(xiàn)對不同規(guī)模大小的溶洞4或采空區(qū)6的控制，再利用刀片等尖銳工具劃破此部分的第一透明薄膜3或第二透明薄膜5，使采空區(qū)6及溶洞4巖土體存于實際的臨空面狀態(tài)。最后通過隧道模型試驗箱體加載及行走系統(tǒng)I實現(xiàn)對擾動巖土體及隧道襯砌結構的加載。隧道模型試驗箱體10尺寸為5600mm(長)X 5600mm(寬)X 5600mm(高)，在其正中心下方預留尺寸為6000mm(長)X 1800mm(寬)X 1600mm(高)的預留地坑8,以方便試驗
人員能自由的進入模型試驗地層巖土體的下方進行操作。預留活動板7尺寸為1600mm (長)X 600mm (寬)，便于試驗人員進入預留地坑8后，通過對活動板在一定范圍的操作實現(xiàn)對模型試驗箱內已預埋的下部土體的操作。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實 用新型所附權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種可考慮采空區(qū)及溶洞的隧道模型試驗裝置，其特征在于，包括隧道模型試驗箱體(10)、隧道模型試驗箱體外側的加載及行走系統(tǒng)(I)、位于隧道模型試驗箱體縱向中部的模型隧道預留開挖孔(2)、預埋的第一透明薄膜(3)和第二透明薄膜(5)、溶洞(4)及采空區(qū)(6);位于隧道模型試驗箱體底板(9)中部有一塊預留活動板(7)，預留活動板(7)由十六個可裝載和拆卸的分塊(10)組成；預留活動板(7)下部設置一預留地坑(8)。
2.根據(jù)權利要求1所述的隧道模型試驗裝置，其特征在于，所述隧道模型試驗箱體(10)的長、寬、高分別為:5600mm、5600mm、5600mm，所述預留地坑(8)的長、寬、高分別為:6000mm、1800mm、1600mmo
3.根據(jù)權利要求1所述的隧道模型試驗裝置，其特征在于，所述預留活動板(J)的長、寬分別為:160 0mm、600mm。
專利摘要本實用新型公開了一種可考慮采空區(qū)及溶洞的隧道模型試驗裝置，包括隧道模型試驗箱體(10)、隧道模型試驗箱體外側的加載及行走系統(tǒng)(1)、位于隧道模型試驗箱體縱向中部的模型隧道預留開挖孔(2)、預埋的第一透明薄膜(3)和第二透明薄膜(5)、溶洞(4)及采空區(qū)(6)；位于隧道模型試驗箱體底板(9)中部有一塊預留活動板(7)，預留活動板(7)由十六個可裝載和拆卸的分塊(10)組成；預留活動板(7)下部設置一預留地坑(8)。通過本實用新型的實驗裝置，通過采空區(qū)及溶洞的隧道結構的設計和施工給出更科學可靠的試驗依據(jù)，以保障隧道在施工期和營運期間的安全。
文檔編號G01M99/00GK203148702SQ201320136918
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權日2013年3月15日
發(fā)明者汪波, 何川, 鄒育麟 申請人:西南交通大學