隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土木工程試驗(yàn)領(lǐng)域巖土類試驗(yàn)技術(shù)，具體是一種隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水以圍巖和加固區(qū)為滲流路徑集中于隧道二次襯砌背后，對結(jié)構(gòu)形成長期水壓力，引發(fā)隧道滲漏水，隧道滲漏水可能導(dǎo)致隧道外地下水大量流失、地下水位下降、地表水源枯竭，伴隨著水土流失、植被破壞、地面塌陷等發(fā)生，因此，掌握周圍滲流場情況對預(yù)防隧道水問題有著重要的意義；采用隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，可定量測試圍巖及加固區(qū)的水壓力分布、滲透系數(shù)及地下水流量，以便對地下滲流場進(jìn)行研究，國內(nèi)眾多科研院所先后對隧道工程中地下滲流場進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究，并取得了一大批研究成果:其一，《巖石力學(xué)與工程》2007年第5期介紹了一種高水壓隧道滲流場試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，由水壓力加載裝置、密閉箱體、隧道結(jié)構(gòu)和水壓力測試裝置4部分組成，密閉箱體用鋼板、槽鋼和工字鋼焊接加工而成，尺寸為2mX lmX 1.3m，該系統(tǒng)重點(diǎn)針對恒定靜水頭作用下的隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，無法實(shí)現(xiàn)對圍巖和加固區(qū)水壓力、滲透系數(shù)等的測試；其二，專利權(quán)人為山東大學(xué)，中國專利申請?zhí)?01110412569.5介紹了一種海底隧道流固耦合模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，包括高強(qiáng)度剛性試驗(yàn)結(jié)構(gòu)架、高強(qiáng)度鋼化玻璃密封箱、監(jiān)測顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)和壓力水箱，可模擬平面及準(zhǔn)三軸流固耦合模型試驗(yàn)，但無法實(shí)現(xiàn)對注漿加固區(qū)的模擬，也不能對不同水頭下的地下水流量進(jìn)行預(yù)測；綜合分析上述單位的模型試驗(yàn)系統(tǒng)，還存在以下不足之處:第一，上述模型試驗(yàn)系統(tǒng)水頭通常恒定不可調(diào)控，能實(shí)現(xiàn)的情況單一，無法對靜水頭、動(dòng)水頭及變水頭進(jìn)行模擬；第二，上述模型試驗(yàn)中忽略了加固區(qū)的存在，不能反映真實(shí)的隧道周圍巖土體組成情況；第三，上述模型試驗(yàn)中，不能測試圍巖及加固區(qū)中水壓力分布情況，更無法測試圍巖、加固區(qū)的滲透系數(shù)，不能有效地掌握隧道周邊地下滲流場狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠方便、準(zhǔn)確、真實(shí)地測試動(dòng)水頭、靜水頭和變水頭作用下圍巖及加固區(qū)中的水壓力分布，并可根據(jù)試驗(yàn)需求測試不同圍巖、加固區(qū)的滲透系數(shù)，盡可能真實(shí)地模擬隧道周邊的滲流場并進(jìn)行探究的隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0005]一種隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，包括加固區(qū)模型箱、圍巖區(qū)模型箱、移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置和水壓力測試系統(tǒng)；所述加固區(qū)模型箱上設(shè)有第一頂板和第一底板，第一頂板和第一底板均設(shè)有35mm外邊緣，外邊緣上均布12個(gè)螺栓孔，第一頂板或第一底板與圍巖區(qū)模型箱通過螺栓連接；所述加固區(qū)模型箱的側(cè)壁中部豎向均勻分布有4個(gè)第一水壓測量孔并安置測壓軟管，測壓軟管置于加固區(qū)模型箱內(nèi)部的一端連接有透水石，測壓軟管的另一側(cè)與水銀U型管相連；所述加固區(qū)模型箱的側(cè)壁上方設(shè)有第一溢流孔，加固區(qū)模型箱的側(cè)壁下方設(shè)有第一進(jìn)水孔；所述圍巖區(qū)模型箱分為上部箱體和下部箱體，上部箱體具有第二頂板和第二底板，第二頂板和第二底板均設(shè)有35mm外邊緣，外邊緣上均布12個(gè)螺栓孔，下部箱體具有第三頂板和第三底板，第三頂板也設(shè)有35mm外邊緣，外邊緣上均布12個(gè)螺栓孔，上部箱體和下部箱體通過螺栓連接；所述上部箱體的側(cè)壁中部豎向等間距設(shè)置個(gè)第二水壓測量孔，下部箱體的側(cè)壁中部豎向等間距設(shè)置3個(gè)第三水壓測量孔，第二水壓測量孔和第三水壓測量孔處均安裝有測壓軟管，測壓軟管一端與圍巖區(qū)模型箱內(nèi)的透水石連接，另一端與水銀U型管相連，圍巖區(qū)模型箱的側(cè)壁設(shè)有用于對試驗(yàn)對象進(jìn)行開啟或封堵的第二溢流孔和第二進(jìn)水孔；所述移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置包括上水箱和下水箱，上水箱內(nèi)部1/4邊長處設(shè)有高300mm的隔板，將上水箱分為溢流區(qū)和儲(chǔ)水區(qū)，儲(chǔ)水區(qū)底部設(shè)有第三進(jìn)水孔和滲流出水孔，溢水區(qū)底部設(shè)有用于循環(huán)水箱回流的第三溢流孔，下水箱通過水栗向上水箱補(bǔ)給，上水箱通過滲流出水孔為加固區(qū)模型箱、圍巖區(qū)模型箱提供作用水頭；所述水壓力測試系統(tǒng)包括透水石、測壓軟管、水銀U型管及刻度板，透水石預(yù)埋于加固區(qū)模型箱和圍巖區(qū)模型箱中并通過測壓軟管與水銀U型管相連，刻度板設(shè)置在水壓力測試系統(tǒng)的側(cè)壁。
[0006]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述加固區(qū)模型箱是由6mm厚PVC板組成的邊長為200mm的立方體結(jié)構(gòu)；所述圍巖區(qū)模型箱是由6mm厚PVC板組成的長方體結(jié)構(gòu)，圍巖區(qū)模型箱的尺寸為長X寬X高=200mmX200mmX 1000mm，上部箱體的高度為600mm，下部箱體的高度為400mm，第三底板為450mmX450mm的正方形，圍巖區(qū)模型箱的內(nèi)壁采用鑿毛處理以消除邊界效應(yīng)；所述移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置由6mm厚PVC板組成，上水箱為320mmX 320mmX400mm的長方體，下水箱為400mmX400mmX400mm的立方體。
[0007]作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案:第一進(jìn)水孔與第一底板距離10mm，第一溢流孔與第一頂板距離10mm。
[0008]作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案:所述螺栓連接處均設(shè)置有用于密封的止水橡膠貼。
[0009]所述隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0010]1)將預(yù)先配制好的圍巖及加固區(qū)材料按設(shè)定的滲透系數(shù)分層鋪設(shè)于圍巖區(qū)模型箱和加固區(qū)模型箱中，并預(yù)埋透水石；
[0011]2)調(diào)節(jié)移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置至試驗(yàn)水頭，為圍巖區(qū)模型箱和加固區(qū)模型箱提供恒定靜水頭、動(dòng)水頭或變水頭，待滲流穩(wěn)定后，通過第一溢流孔或第二溢流孔收集單位時(shí)間內(nèi)的滲流量；
[0012]3)將加固區(qū)模型箱與圍巖區(qū)模型箱利用螺栓連接，加固區(qū)模型箱置于圍巖區(qū)模型箱的上方時(shí)表示隧道下部巖土體，反之表示隧道上部巖土體，螺栓連接處通過設(shè)置止水橡膠貼密封，利用軟管將滲流出水孔與第二進(jìn)水孔相連以提供地下水補(bǔ)給，待滲流穩(wěn)定后，通過刻度板上讀取各測點(diǎn)的水壓力；
[0013]4)根據(jù)達(dá)西定律，由所測水壓力值和地下水滲流量換算得到圍巖區(qū)模型箱或加固區(qū)模型箱內(nèi)巖土體的滲透系數(shù)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行高效；通過加固區(qū)模型箱和圍巖區(qū)模型箱的組合，方便模擬隧道周圍各個(gè)方向的滲流場，也可單獨(dú)用于測試圍巖或加固區(qū)中巖土體的滲透系數(shù)；通過調(diào)節(jié)移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置，對隧道處于靜水頭、變水頭和動(dòng)水頭的不同工況進(jìn)行研究，方便模擬山嶺隧道、水下隧道、城市隧道等的地下滲流場；本實(shí)用新型通過對圍巖區(qū)模型箱邊壁進(jìn)行粗糙度處理，以消除邊界效應(yīng)，保證水按照既定路徑進(jìn)行滲流，以獲取更準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果；可調(diào)節(jié)作用水頭、圍巖或加固區(qū)巖土體的滲透系數(shù)，測試試驗(yàn)所需的地下水流量；本實(shí)用新型以達(dá)西定律為基礎(chǔ)，可測試巖土體、非土質(zhì)體等多種材料的滲透系數(shù)，適用范圍更廣。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)正面示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型中加固區(qū)模型箱A-A面剖視圖。
[0017]圖3為本實(shí)用新型中加固區(qū)模型箱剖面圖。
[0018]圖4為本實(shí)用新型中圍巖模型箱剖面圖。
[0019]其中，1-加固區(qū)模型箱；2_圍巖區(qū)模型箱；3_移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置；4_水壓力測試系統(tǒng)；5a_第一水壓測量孔；5b_第二水壓測量孔；5c_第三水壓測量孔；6_測壓軟管；7-刻度板；8_水銀U型管；9-隔板；10_第三溢流孔；11_滲流出水孔；12_第三進(jìn)水孔；
13-蓋板；14-止水橡膠貼；15-輸水軟管；16-螺栓孔；17-第一頂板；18-第一底板；19_透水石；20_螺檢；21_第一溢流孔；22_第一進(jìn)水孔；23_第二溢流孔；24_第二進(jìn)水孔；25_第三底板；26_第三頂板；27_第二底板；28_第二頂板；29_水栗；2a_上部箱體；2b_下部箱體；3a-上水箱；3b-下水箱。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0021]請參閱圖1?4，本實(shí)用新型實(shí)施例中，一種隧道工程中圍巖及加固區(qū)滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，包括加固區(qū)模型箱1、圍巖區(qū)模型箱2、移動(dòng)式循環(huán)水箱裝置3和水壓力測試系統(tǒng)4 ;
[0022]所述加固區(qū)模型箱1是由6mm厚PVC板組成的邊長為200mm的立方體結(jié)構(gòu)，加固區(qū)模型箱1上設(shè)有第一頂板17和第一底板18，第一頂板17和第一底板18均設(shè)有35mm外邊緣，外邊緣上均布12個(gè)螺栓孔16，第一頂板17、第一底板18與圍巖區(qū)模型箱2通過螺栓20連接，螺栓20連接處通過止水橡膠貼14密封，加固區(qū)模型箱1的側(cè)壁中部豎向均勻分布有4個(gè)第一水壓測量孔5a并安置測壓軟管6，測壓軟管6置于加固區(qū)模型箱1內(nèi)部的一端連接有透水石19，測