本實用新型涉及隧道模型試驗設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種穿越采空區(qū)的隧道試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著公路及鐵路隧道的大量興建，隧道不可避免的穿越煤層采空區(qū)，我國地形地貌復(fù)雜，采空區(qū)分布也及其復(fù)雜且難以探測，對隧道建設(shè)安全造成極大危害，如果隧道在設(shè)計與施工中探測不清，處治不當(dāng)，穿越采空區(qū)時必然給施工帶來一定的困難，增加施工風(fēng)險和處治成本。采空區(qū)的存在不僅使得周圍巖土體松散而破碎，還使得圍巖承載力降低，引起隧道不均勻沉降，造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和開裂，同時，采空區(qū)中瓦斯的存在也對隧道的施工造成重大的安全隱患。目前主要是通過數(shù)值試驗的手段來研究隧道穿采空區(qū)的穩(wěn)定性，而通過室內(nèi)試驗來研究的較少，因此，深入研究采穿越采空區(qū)的隧道實驗系統(tǒng)具有十分重要的意義。

通過對現(xiàn)有的技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，在僅有的隧道開挖模型試驗中，針對采空區(qū)的模擬直接采用空洞模擬，并沒有考慮瓦斯存在的壓力對隧道的影響，或者考慮了氣體壓力，但沒有一種具體控制壓力大小的實驗裝置。此外，針對隧道的模擬時，通常直接將初期支護預(yù)埋在圍巖中，然后預(yù)留出隧道孔洞，并沒有考慮采空區(qū)存在的應(yīng)力場及隧道開挖支護的過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種穿越采空區(qū)的隧道試驗系統(tǒng)，使其具有能更加真實地、全面地模擬隧道受力情況的優(yōu)點。

本實用新型通過以下技術(shù)手段解決上述問題：一種穿越采空區(qū)的隧道試驗系統(tǒng)，包括試驗箱體和設(shè)置在試驗箱體上方的加載裝置，所述試驗箱體的縱向中部設(shè)置有初期支護，所述初期支護外套設(shè)有透明薄膜，還包括氣壓控制容器、氣囊、設(shè)置在氣囊上的氣壓計、分布在氣囊周圍的多個差動式數(shù)顯位移計以及多個與差動式數(shù)顯位移計一一對應(yīng)的應(yīng)變式土壓力盒，所述氣壓控制容器通過導(dǎo)氣管與氣囊連通，所述導(dǎo)氣管上設(shè)置有閥門。

進一步，所述試驗箱體內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚四氯乙烯板。

進一步，所述氣囊內(nèi)設(shè)置有網(wǎng)架。

進一步，所述加載裝置包括反力梁、千斤頂以及傳力鋼板，所述千斤頂處在反力梁與傳力鋼板之間。

本實用新型的有益效果體現(xiàn)在如下方面：

1、利用氣囊模擬采空區(qū)，通過調(diào)節(jié)氣壓控制容器向氣囊內(nèi)充氣的充氣量，達到模擬不同采空區(qū)不同氣壓環(huán)境的目的，從而使得模擬隧道受力情況更加真實和全面。

2、本發(fā)明創(chuàng)造通過設(shè)置初期支護以及在初期支護外套設(shè)透明薄膜，可實現(xiàn)初期支護的開挖過程，從而進一步真實全面的模擬了隧道的受力狀態(tài)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。

圖1為本實用新型的主看結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的側(cè)看結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明，如圖1-3所示：一種穿越采空區(qū)的隧道試驗系統(tǒng)，包括試驗箱體1和設(shè)置在試驗箱體上方的加載裝置，所述加載裝置包括反力梁13、千斤頂14以及傳力鋼板15，所述千斤頂處在反力梁與傳力鋼板之間，加載裝置可對巖土體縱橫向進行不同力學(xué)行為特征的加載，傳力鋼板使力均勻加載到巖土體上，所述試驗箱體的縱向中部設(shè)置有初期支護2，所述初期支護外套設(shè)有透明薄膜3，初期支護內(nèi)形成模擬隧道區(qū)，還包括氣壓控制容器4、氣囊5、設(shè)置在氣囊上的氣壓計6、分布在氣囊周圍的多個差動式數(shù)顯位移計7以及多個與差動式數(shù)顯位移計一一對應(yīng)的應(yīng)變式土壓力盒8，所述氣壓控制容器通過導(dǎo)氣管9與氣囊連通，所述導(dǎo)氣管上設(shè)置有閥門10，為增加氣囊的強度，在所述氣囊內(nèi)設(shè)置網(wǎng)架12。

進行隧道模擬受力情況分析實驗的步驟如下：第一步，往實驗箱體以及初期支護內(nèi)填土(圍巖體相似材料)，根據(jù)模擬采空區(qū)的規(guī)格，選定不同尺寸和形狀的氣囊，并在擬定的采空區(qū)位置預(yù)埋氣囊、擬定的位移及應(yīng)力測點預(yù)埋差動式數(shù)顯位移計以及應(yīng)變式土壓力盒，將氣壓控制容器設(shè)置在試驗箱體外側(cè)，并安裝好導(dǎo)氣管和氣壓計；第二步，通過氣壓控制容器往氣囊內(nèi)充氣，調(diào)節(jié)充氣量，以便模擬不同氣壓環(huán)境的采空區(qū)，并通過差動式數(shù)顯位移計以及應(yīng)變式土壓力盒采集初始位移以及應(yīng)力數(shù)據(jù)；第三步，利用掏槽工具將初期支護內(nèi)的土掏空，形成模擬隧道結(jié)構(gòu)，第四步，利用刀片等尖銳工具將透明薄膜劃破，取出初期支護，使采空區(qū)土體存在實際的臨空面狀態(tài)；第五步，通過加裝裝置向巖土體以及隧道結(jié)構(gòu)進行加載；第六步；進行數(shù)據(jù)的采集。該結(jié)構(gòu)的穿越采空區(qū)的隧道試驗系統(tǒng)，一方面，利用氣囊模擬采空區(qū)，通過調(diào)節(jié)氣壓控制容器向氣囊內(nèi)充氣的充氣量，達到模擬不同采空區(qū)不同氣壓環(huán)境的目的，從而使得模擬隧道受力情況更加真實和全面；另一方面，通過設(shè)置初期支護以及在初期支護外套設(shè)透明薄膜，可實現(xiàn)初期支護的開挖過程，從而進一步真實全面的模擬了隧道的受力狀態(tài)。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述試驗箱體內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚四氯乙烯板11，以便減小試驗箱體的邊界摩擦效應(yīng)。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。