一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，包括模型箱、線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、進(jìn)排水系統(tǒng)、承壓水水頭控制系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和測量系統(tǒng)；將線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)置在模型箱內(nèi)的砂性土層中，進(jìn)排水系統(tǒng)和承壓水水頭控制系統(tǒng)對砂性土層的水頭進(jìn)行控制模擬形成含水承壓層，實(shí)驗(yàn)過程中，測量系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測各種數(shù)據(jù)。模型箱作為承載裝置，與其他幾個(gè)系統(tǒng)配合，可以模擬線性地鐵隧道結(jié)構(gòu)對地下承壓水流流態(tài)的影響及地下承壓水流變化對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)效果的驗(yàn)證及地下承壓水流對其影響的評價(jià)，局部滲漏對地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全影響的評價(jià)等。
【專利說明】—種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木建筑、隧道及地下空間工程、環(huán)境工程領(lǐng)域，尤其涉及一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的沿江沿海地區(qū)，地下廣泛分布有潛水含水層和多層承壓含水層，近年來，隨著軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)飛速發(fā)展，長大線性地鐵隧道網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建對區(qū)域地下水環(huán)境不可避免的產(chǎn)生影響，反之，區(qū)域地下水抽降回灌誘發(fā)的地下水環(huán)境的動態(tài)演化對其中線性隧道結(jié)構(gòu)物長期性態(tài)的發(fā)展也起著關(guān)鍵作用。如何評價(jià)地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)的相互作用規(guī)律，對確保生命線工程-地鐵隧道的長期安全性及維持區(qū)域地下水環(huán)境的動態(tài)平衡具有重要意義，同時(shí)，鑒于該類問題的復(fù)雜性及研究手段的有限，也一直是工程界沒有得到充分重視的問題之一。
[0003]經(jīng)技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對地下水滲流或循環(huán)運(yùn)移問題已進(jìn)行了大量研究，開發(fā)了多種水槽或水箱等模擬設(shè)備，對工程中由于地下水抽降引起的地面沉降環(huán)境問題、污染物運(yùn)移等問題開展了物理模擬試驗(yàn)，但這些模擬設(shè)備多為對開放性的無障礙物地下水系統(tǒng)的一維或二維水流模擬，含地鐵隧道等地下結(jié)構(gòu)物的模型裝置很少，僅見中國專利文獻(xiàn)號CN101831924A記載了一種對地下結(jié)構(gòu)物阻斷地下水路的模擬裝置，但該裝置采用擋板插入土層的簡化模擬方式并不能反映地下水滲流的三維特性，也不能對地下線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行很好的模擬。鑒于上述原因，迫切需要研發(fā)一種能夠?qū)θS地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)行有效模擬的新裝置，以提高對該工程問題的認(rèn)識，為工程建設(shè)服務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有試驗(yàn)裝置不能很好地模擬三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用的技術(shù)問題。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，包括模型箱、線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、進(jìn)排水系統(tǒng)、承壓水水頭控制系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和測量系統(tǒng)；
[0007]所述模型箱內(nèi)設(shè)置有粘性土層和砂性土層模擬形成地下含水結(jié)構(gòu)；
[0008]所述線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)置于模型箱內(nèi)的砂性土層中；
[0009]所述承壓水水頭控制系統(tǒng)與進(jìn)排水系統(tǒng)連接，所述進(jìn)排水系統(tǒng)設(shè)置在模型箱內(nèi)的地下含水結(jié)構(gòu)中；
[0010]所述加載系統(tǒng)設(shè)置在模型箱的上部，所述加載系統(tǒng)對地下含水結(jié)構(gòu)施加向下的壓力；
[0011]所述測量系統(tǒng)包括測試元件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述測試元件設(shè)置于模型箱內(nèi)，測試元件實(shí)時(shí)檢測模型箱內(nèi)的動態(tài)變化并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0012]還包括抽水孔，所述抽水孔設(shè)置在模型箱的一側(cè)且抽水孔一端設(shè)置在砂性土層內(nèi)，另一端與模型箱外部的抽水裝置連通。
[0013]在本發(fā)明中，模型箱與線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、進(jìn)排水系統(tǒng)、承壓水水頭控制系統(tǒng)、力口載系統(tǒng)和測量系統(tǒng)六個(gè)模塊進(jìn)行有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)地下承壓水流與地下地鐵隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相互作用的模擬；模型箱為各系統(tǒng)的載體；線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)置于模型箱中特定承壓含水層中，單條直線布置或環(huán)狀、網(wǎng)狀布置；進(jìn)排水系統(tǒng)控制地下水的流進(jìn)輸出，模擬地下水的動態(tài)補(bǔ)給與排泄；水頭控制系統(tǒng)控制承壓含水層水頭高度，與進(jìn)排水系統(tǒng)連接；加載系統(tǒng)對模型箱施加垂向荷載，模擬地面建構(gòu)筑物靜荷載作用；測量系統(tǒng)完成試驗(yàn)過程中水位、結(jié)構(gòu)受力、變形等的動態(tài)測試。
[0014]進(jìn)一步的,在本發(fā)明中，還包括示蹤系統(tǒng),所述示蹤系統(tǒng)包括示蹤劑投放孔和示蹤劑觀測孔；以抽水孔所在位置為模型箱內(nèi)水流的下游方向，示蹤劑觀測孔位于示蹤劑投放孔的下游位置；示蹤劑投放孔和示蹤劑觀測孔的一端連通至砂性土層中，另一端與模型箱外部連通。
[0015]示蹤系統(tǒng)為本發(fā)明的一大特色，通過對因模型隧道的植入引起的地下水流場(流速、流向)變化觀測，可為進(jìn)一步的三維地下水滲流場變化的理論模擬提供驗(yàn)證比較。
[0016]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述模型箱頂部設(shè)置有活動蓋板；所述模型箱上預(yù)設(shè)有孔洞。活動蓋板類似活塞可上下運(yùn)動，輔助加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均勻加載；孔洞作為模型箱內(nèi)外連通的通道，可以作為導(dǎo)線、水管等的通道，也可作為透氣孔用。
[0017]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為多段隧道模型柔性連接形成，每個(gè)隧道模型由微?；炷林谱髑椅⒘；炷羶?nèi)設(shè)置有雙層鍍鋅鐵絲網(wǎng)。線性隧道布置方法可模擬現(xiàn)有的實(shí)際情況，形成單條直線布置或環(huán)狀、網(wǎng)狀布置。
[0018]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述進(jìn)排水系統(tǒng)包括多個(gè)環(huán)狀水管，環(huán)狀水管沿模擬箱的內(nèi)側(cè)壁分層布置，所述環(huán)狀水管上設(shè)有進(jìn)水口和出水口，所述進(jìn)水口與承壓水水頭控制系統(tǒng)相連，所述出水口設(shè)置在環(huán)狀水管迎土側(cè)。分層布置可以確保進(jìn)排水時(shí)砂性土層中水流均勻滲透，承壓水水頭控制系統(tǒng)的水位保持均衡。
[0019]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述測試元件包括微型位移計(jì)、滲壓計(jì)、土壓計(jì)、測壓管、電阻率探針和應(yīng)變片；所述微型位移計(jì)、滲壓計(jì)、土壓計(jì)、測壓管、電阻率探針均埋設(shè)在地下含水結(jié)構(gòu)中不同位置處，所述應(yīng)變片粘附在線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的不同位置處；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括自動化數(shù)據(jù)采集儀和自動電阻率測試儀，所述微型位移計(jì)、滲壓計(jì)、土壓計(jì)、測壓管和應(yīng)變片分別通過導(dǎo)線與自動化數(shù)據(jù)采集儀連接，所述、電阻率探針通過導(dǎo)線與自動電阻率測試儀相連。多種測試元件配合，可對模型箱內(nèi)的情況進(jìn)行充分監(jiān)測。
[0020]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述加載系統(tǒng)采用千斤頂、砝碼堆載、小載荷板加載的形式中的一種，且加載系統(tǒng)設(shè)置在活動蓋板上。加載系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模擬地面建構(gòu)筑物靜荷載作用。
[0021]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述承壓水水頭控制系統(tǒng)包括可升降高度的多個(gè)水箱，每個(gè)水箱分別與一個(gè)環(huán)狀水管對應(yīng)，水箱通過水管與對應(yīng)環(huán)狀水管的進(jìn)水口相連，相連位置處的水管上設(shè)置有流量表和壓力表。水箱與環(huán)狀水管配合，調(diào)整砂性土層的水頭和壓力，模擬形成承壓水層。實(shí)際模擬過程中，只啟用與埋設(shè)在砂性土層中的進(jìn)排水管相連的水箱，埋設(shè)在粘性土壤中的進(jìn)排水管以及與之相連的水箱均作為備用，以便模擬不同地層組合時(shí)可以相應(yīng)地更換使用與砂性土層位置對應(yīng)的進(jìn)排水管和水箱。
[0022]有益效果:
[0023]本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，通過模型箱、線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、進(jìn)排水系統(tǒng)、承壓水水頭控制系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)六個(gè)部分的有機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜工況的模擬，包括:模擬線性地鐵隧道結(jié)構(gòu)對地下承壓水流的阻滯影響及地下承壓水流變化對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)效果的驗(yàn)證及地下承壓水流對其影響的評價(jià)，局部滲漏對地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全影響的評價(jià)等。
[0024]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用的三維模擬，適應(yīng)性強(qiáng)，對于研究地下地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與地下水系統(tǒng)之間的相互作用規(guī)律，進(jìn)而評價(jià)地下地鐵隧道結(jié)構(gòu)長期安全性、地下水生態(tài)環(huán)境變化具有重要作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的模型箱的三維示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明模型箱縱剖面示意簡圖；
[0027]圖3為本發(fā)明模型隧道結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0029]一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬試驗(yàn)裝置，包括模型箱1、線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2、進(jìn)排水系統(tǒng)3、承壓水水頭控制系統(tǒng)4、加載系統(tǒng)5和測量系統(tǒng)6。
[0030]如圖1所示，所述模型箱I采用有機(jī)玻璃或鋼板焊接制作成長方體，且長方體的尺寸長寬高為2.5mX3.5mX 1.6m ;模型箱I的頂部設(shè)計(jì)有可拆卸的、上下自由滑動的活動蓋板7，沿模型箱I的側(cè)壁和活動蓋板7上均開設(shè)若干孔洞8，并且孔洞8可根據(jù)需要采用橡皮塞密封或使用，這些孔洞8作為模型箱I內(nèi)外連接的通道。
[0031]可根據(jù)需要采用橡皮塞密封或使用在模型箱I的內(nèi)部從下至上分層鋪設(shè)砂性土層9/粘性土層10/砂性土層9/粘性土層10，每層厚度40cm，為形成穩(wěn)定滲流，還可將模型箱I中的土層設(shè)置成傾斜地層，以形成水力梯度；模型箱I的側(cè)壁上設(shè)置有4道環(huán)形的凹槽，用于放置進(jìn)排水系統(tǒng)，每道凹槽基本位于每層土的中下部位置處。
[0032]在砂性土層10內(nèi)呈直線狀或環(huán)狀放置線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2，所述線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2為多段隧道模型通過柔性橡膠環(huán)26連接形成，每段長10cm，每個(gè)隧道模型由微?；炷林谱髑椅⒘；炷羶?nèi)設(shè)置有雙層鍍鋅鐵絲網(wǎng)24用于模擬實(shí)際隧道中的配筋，隧道模型的斷面為圓形或馬蹄形；制作隧道模型時(shí)，可根據(jù)需要，在隧道模型特定部位設(shè)置滲漏區(qū)，以模擬隧道滲漏情況；在隧道模型的內(nèi)壁頂部、側(cè)壁、底部不同部位黏貼應(yīng)變片33，應(yīng)變片33上的導(dǎo)線27通過模型箱I的側(cè)壁上的孔洞8引至模型箱I外的自動數(shù)據(jù)采集儀19上。
[0033]進(jìn)排水系統(tǒng)3包括4個(gè)環(huán)狀水管，采用打孔PVC管制作并外纏不銹鋼濾網(wǎng)，環(huán)狀水管沿模擬箱I的內(nèi)側(cè)壁分層布置，分別位于模型箱I側(cè)壁的4道環(huán)形凹槽內(nèi)，所述環(huán)狀水管上設(shè)有進(jìn)水口和出水口，所述出水口設(shè)置在環(huán)狀水管迎土側(cè)；根據(jù)需要，可在特定部位如模型隧道底部增設(shè)環(huán)狀水管。[0034]所述的承壓水水頭控制系統(tǒng)4由4個(gè)可升降高度的水箱14組成，水箱14刻度的精度達(dá)到1mm，以利于觀察水箱14內(nèi)水位的升降情況；每個(gè)水箱14對應(yīng)一個(gè)環(huán)狀水管，水箱14通過水管與對應(yīng)環(huán)狀水管的進(jìn)水口相連，相連位置處的水管上設(shè)置有流量表15和壓力表11，方便對進(jìn)出水量及壓力進(jìn)行記錄。上述水箱14也可換成高壓水泵，可以實(shí)現(xiàn)對高承壓水情況的模擬。
[0035]所述的加載系統(tǒng)5，采用活動蓋板7結(jié)合分布均勻的4個(gè)千斤頂均勻加載，模擬地面建構(gòu)筑物靜荷載作用。
[0036]如圖2所示，所述測量系統(tǒng)6包括測試元件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述測試元件設(shè)置于模型箱I內(nèi)，測試元件實(shí)時(shí)檢測模型箱I內(nèi)的動態(tài)變化并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；具體的，所述測試元件包括微型位移計(jì)12、滲壓計(jì)13、土壓計(jì)16、測壓管17、電阻率探針18和應(yīng)變片26 ；
[0037]所述微型位移計(jì)12、滲壓計(jì)13、土壓計(jì)16、測壓管17、電阻率探針18均埋設(shè)在地下含水結(jié)構(gòu)中不同位置處，所述應(yīng)變片粘附在線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2的不同位置處；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括DataTaker自動化數(shù)據(jù)采集儀19和自動電阻率測試儀20，所述微型位移計(jì)12、滲壓計(jì)13、土壓計(jì)16、測壓管17和應(yīng)變片26分別通過導(dǎo)線27與DataTaker自動化數(shù)據(jù)采集儀19連接，所述電阻率探針18通過導(dǎo)線27與自動電阻率測試儀20相連。
[0038]上述各種測試元件的作用如下:微型位移計(jì)12可以測量出土體不同位置處的變形；滲壓計(jì)13可以測試換算出水位變化；土壓計(jì)16可以測試不同位置處的土壓力；測壓管17可以測試砂性土層的水頭變化；電阻率探針18可以對不同位置處的土層的電阻率變化進(jìn)行動態(tài)測試，進(jìn)而對土體結(jié)構(gòu)特性變化-土性變化進(jìn)行預(yù)測分析，為地下水流場-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用計(jì)算涉及到的流固耦合計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；應(yīng)變片26可以測試出線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2的應(yīng)力和應(yīng)變。
[0039]在模型箱I的一側(cè)設(shè)置有抽水孔23，所述抽水孔23 —端設(shè)置在砂性土層9內(nèi)，另一端與模型箱I外部的抽水裝置連通，抽水裝置上安裝有流量表。抽水孔23用于模擬實(shí)際的水井，當(dāng)從抽水孔23處抽取模型箱I中的水流時(shí)，會在模型箱I中形成上游和下游的區(qū)分，顯然，水會流向抽水孔23處，此處為下游位置，相應(yīng)的，模型箱I另一側(cè)即為上游位置，一般線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2處于模型箱I的中間位置，即處于中游位置。
[0040]進(jìn)一步的，結(jié)合承壓水水頭控制系統(tǒng)4、抽水裝置以及土層的傾斜度等幾個(gè)方面的配合，使得水流方向得以靈活調(diào)整。
[0041]為了觀察水流的方便起見，還設(shè)置了示蹤系統(tǒng)，所述示蹤系統(tǒng)包括多個(gè)示蹤劑投放孔21和示蹤劑觀測孔22 ;示蹤劑觀測孔22位于示蹤劑投放孔21的下游位置；如圖所示，示蹤劑投放孔21水平設(shè)置在模型箱I上游位置的側(cè)壁上，且對準(zhǔn)砂性土層9 ;示蹤劑觀測孔22豎直設(shè)置在模型箱I內(nèi)，且示蹤劑觀測孔22的一端插在砂性土層9中，另一端向上伸出模型箱I。示蹤劑可選擇熒光劑、食鹽、同位素等，還可根據(jù)需要采用攝像機(jī)對示蹤劑隨地下水滲流過程運(yùn)移進(jìn)行全程記錄。通過示蹤系統(tǒng)，可以起到對因模型隧道的植入引起的地下水流場包括流速和流向的觀測，可為進(jìn)一步的三維地下水滲流場變化的理論模擬提供驗(yàn)證比較。
[0042]本裝置的使用方法包括以下步驟:
[0043]1、試驗(yàn)準(zhǔn)備階段:分層鋪設(shè)粘性土層10和砂性土層9，并將線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2置于砂性土層10中，同時(shí)將微型位移計(jì)12、滲壓計(jì)13、土壓計(jì)16、測壓管17、電阻率探針18埋設(shè)在設(shè)計(jì)位置上，測試元件的導(dǎo)線27通過塑料細(xì)管集中引出模型箱1，分別與DataTaker自動化數(shù)據(jù)采集儀19、電阻率自動采集儀20連接；在模型箱I中上游一端布置示蹤劑投放孔21，下游一端布置示蹤劑觀測孔22。整個(gè)鋪土過程完成后，啟用與埋設(shè)在砂性土層9中的進(jìn)出水管相連的水箱14為土層加壓，其水頭通過水箱14的升降進(jìn)行控制；土層在自重固結(jié)完成后，通過在土層頂部采用活動蓋板7均勻施加預(yù)壓力對土層進(jìn)行進(jìn)一步固結(jié)，固結(jié)完成后，即可采用預(yù)置的抽水孔23在下游位置進(jìn)行抽水誘發(fā)地下水流動，開展試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中，可采用水箱14的升降來控制不同砂性土層9的水頭。
[0044]2、試驗(yàn)開展階段:在開啟抽水孔23之前，對測試元件的各測試參數(shù)進(jìn)行初值的讀??；然后開始抽水，在砂性土層9中形成滲流，同時(shí)對各測試參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測試；當(dāng)水箱14連接的流量表15和抽水裝置上的流量表都流量穩(wěn)定，則表明形成穩(wěn)定滲流，此后便可開展示蹤試驗(yàn)；試驗(yàn)過程中，根據(jù)測試數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，調(diào)整試驗(yàn)時(shí)間的長短。為模擬三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)的相互作用，可設(shè)計(jì)不同試驗(yàn)工況:工況1-無模型隧道置入情況試驗(yàn)；工況2-承壓含水層中置入單條模型隧道試驗(yàn)；工況3-承壓含水層中置入多條模型隧道試驗(yàn)；工況4-模型隧道底部施加高水壓試驗(yàn)；工況5-模型隧道局部存在滲漏情況試驗(yàn)。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:包括模型箱(1)、線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(2)、進(jìn)排水系統(tǒng)(3)、承壓水水頭控制系統(tǒng)(4)、加載系統(tǒng)(5)和測量系統(tǒng)(6)； 所述模型箱(1)內(nèi)設(shè)置有粘性土層(10)和砂性土層(9)模擬形成地下含水結(jié)構(gòu)； 所述線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(2)設(shè)置于模型箱(1)內(nèi)的砂性土層(9)中； 所述承壓水水頭控制系統(tǒng)(4)與進(jìn)排水系統(tǒng)(3)連接，所述進(jìn)排水系統(tǒng)(3)設(shè)置在模型箱(1)內(nèi)的地下含水結(jié)構(gòu)中； 所述加載系統(tǒng)(5)設(shè)置在模型箱(1)的上部，所述加載系統(tǒng)(5)對地下含水結(jié)構(gòu)施加向下的壓力； 所述測量系統(tǒng)(6)包括測試元件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述測試元件設(shè)置于模型箱(1)內(nèi)，測試元件實(shí)時(shí)檢測模型箱(1)內(nèi)的動態(tài)變化并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 還包括抽水孔(23)，所述抽水孔(23)設(shè)置在模型箱(1)的一側(cè)且抽水孔(23) —端設(shè)置在砂性土層(9)內(nèi)，另一端與模型箱(1)外部的抽水裝置連通。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:還包括示蹤系統(tǒng)，所述示蹤系統(tǒng)包括示蹤劑投放孔(21)和示蹤劑觀測孔(22)；以抽水孔(23)所在位置為模型箱(1)內(nèi)水流的下游方向，示蹤劑觀測孔(22)位于示蹤劑投放孔(21)的下游位置；示蹤劑投放孔(21)和示蹤劑觀測孔(22)的一端連通至砂性土層 (9)中，另一端與模型箱(1)外部連通。
3.如權(quán)利要求1所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:所述模型箱(1)頂部設(shè)置有活動蓋板(7);所述模型箱(1)上預(yù)設(shè)有孔洞(8)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:所述線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(2)為多段隧道模型柔性連接形成，每個(gè)隧道模型由微?；炷林谱髑椅⒘；炷羶?nèi)設(shè)置有雙層鍍鋅鐵絲網(wǎng)(24)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:所述進(jìn)排水系統(tǒng)(3)包括多個(gè)環(huán)狀水管，環(huán)狀水管沿模擬箱(1)的內(nèi)側(cè)壁分層布置，所述環(huán)狀水管上設(shè)有進(jìn)水口和出水口，所述進(jìn)水口與承壓水水頭控制系統(tǒng)4相連，所述出水口設(shè)置在環(huán)狀水管迎土側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:所述測試元件包括微型位移計(jì)(12)、滲壓計(jì)(13)、土壓計(jì)(16)、測壓管(17)、電阻率探針(18)和應(yīng)變片(26);所述微型位移計(jì)(12)、滲壓計(jì)(13)、土壓計(jì)(16)、測壓管(17)、電阻率探針(18)均埋設(shè)在地下含水結(jié)構(gòu)中不同位置處，所述應(yīng)變片(26)粘附在線性隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(2)的不同位置處；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括自動化數(shù)據(jù)采集儀(19)和自動電阻率測試儀(20)，所述微型位移計(jì)(12)、滲壓計(jì)(13)、土壓計(jì)(16)、測壓管(17)和應(yīng)變片(26)分別通過導(dǎo)線(34)與自動化數(shù)據(jù)采集儀(19)連接，所述、電阻率探針(18)通過導(dǎo)線與自動電阻率測試儀(20)相連。
7.如權(quán)利要求2所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:所述加載系統(tǒng)(5)采用千斤頂、砝碼堆載、小載荷板加載的形式中的一種，且加載系統(tǒng)(5)設(shè)置在活動蓋板(7)上。
8.如權(quán)利要求5所述的一種三維地下承壓水流-地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用模擬裝置，其特征在于:所述承壓水水頭控制系統(tǒng)(4)包括可升降高度的多個(gè)水箱(14)，每個(gè)水箱(14)分別與一個(gè)環(huán)狀水管對應(yīng)，水箱(14)通過水管與對應(yīng)環(huán)狀水管的進(jìn)水口相連，相連位置處的水管上設(shè)置有流量表(15)和壓力表(11)。
【文檔編號】E02B1/02GK104005363SQ201410266164
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】童立元, 朱寧, 張明飛, 郭享, 王道綱, 楊溢軍, 李偉 申請人:東南大學(xué)