本申請涉及巖土工程試驗設備，尤其涉及的是一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、土體內(nèi)部的滲流作用與土拱效應之間的相互耦合關系在地下工程和巖土工程建設中是一項至關重要的科學問題。海底隧道代表著未來地下工程發(fā)展的一大趨勢，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。然而，其施工過程存在著極大的挑戰(zhàn)。在建設過程中，必須綜合考慮隧道周圍土體對結(jié)構(gòu)的影響，同時需要應對海底環(huán)境中海水滲流的影響。因此，水-土之間的相互耦合關系成為構(gòu)建海底隧道時不容忽視的重要因素。

2、深層隧道的建設過程不僅不可避免地需要考慮地下水與土體之間的相互耦合關系，而且由于滲流方向的不確定性和滲流條件的復雜多變，在隧道投入使用后，建立維護計劃時必須充分考慮多維滲流條件下土拱效應的變化對隧道結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的影響。這種變化對于隧道結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和安全性具有重要影響，因此對多維滲流條件下土拱效應的準確評估和有效管理顯得尤為關鍵。

3、而目前尚未出現(xiàn)特別有效的設備來模擬土樣的滲流作用與土拱效應，從而導致研究在滲流條件下土拱效應的演變過程以水-土之間的相互耦合關系比較困難。不能模擬土樣在滲流作用和土拱效應下的關系將會導致實際施工帶來影響。

4、因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對已有的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中沒有設備來模擬土樣的滲流作用與土拱效應，導致不便于研究滲流條件下土拱效應的演變過程以水-土之間的相互耦合關系的問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，包括：模型箱體，模型箱體內(nèi)具有試驗腔，試驗腔內(nèi)用于承載土樣；

4、至少一個滲流施壓組件，至少一個滲流施壓組件設置在模型箱體的多個側(cè)面的至少一個上，并用于朝向試驗腔內(nèi)進行滲流充水；

5、活動門，活動門活動設置在試驗腔內(nèi)，并用于使土樣的局部產(chǎn)生移動；

6、傳感器組件，傳感器組件安裝于試驗腔內(nèi)，并用于監(jiān)測土樣在滲流作用下的內(nèi)部應力與位移。

7、可選地，活動門上連接有驅(qū)動部，驅(qū)動部設置在模型箱體上，活動門通過驅(qū)動部的驅(qū)動而沿預定方向移動；

8、驅(qū)動部包括：伺服驅(qū)動器。

9、可選地，模型箱體上設置有門箱體，門箱體內(nèi)具有活動腔，活動腔與試驗腔通過活動門而分隔開；

10、活動門上設置有第一滲流孔，第一滲流孔用于使試驗腔內(nèi)的液體滲入活動腔；

11、門箱體上設置與活動腔相連通的排水孔以及透氣孔。

12、可選地，模型箱體上設置有多個滲流施壓組件；

13、多個滲流施壓組件可拆卸連接在模型箱體上的多個側(cè)面上。

14、可選地，滲流施壓組件包括：水箱，水箱設置在模型箱體上；

15、滲流板，滲流板設置在水箱朝向模型箱體的一側(cè)上，滲流板上設置有第二滲流孔；

16、加壓部，加壓部設置在水箱內(nèi)，并用于將水箱內(nèi)的水朝向第二滲流孔外推出。

17、可選地，加壓部包括：氣囊，氣囊設置在水箱內(nèi)，氣囊通過充氣管道貫穿水箱而連接到外部的空氣壓縮機。

18、可選地，模型箱體的多個側(cè)面上均設置有使試驗腔敞開的開口，開口用于與滲流施壓組件相連接；

19、模型箱體上的開口處設置有擋水板，擋水板用于封閉或開啟滲流施壓組件與試驗腔的通道。

20、可選地，模型箱體的不同側(cè)面上的滲流板上的第二滲流孔的孔徑不同。

21、可選地，水箱內(nèi)設置有水壓力傳感器，水壓傳感器用于檢測通過加壓部所施壓的水壓。

22、一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗方法，采用上述一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，包括以下步驟：

23、s1、確定研究目的，根據(jù)研究目的設計滲流方向以及水壓值；

24、s2、根據(jù)需要準備土樣；

25、s3、將滲流施壓組件安裝到模型箱體上預定位置上，準備通水和通氣；

26、s4、開始滲流，并控制活動門位移，開始試驗；

27、s5、收集傳感器組件所檢測的滲流數(shù)據(jù)，以供試驗分析；

28、s6、試驗結(jié)束后清理模型箱體，排除各個滲流施壓組件中的液體，以供下次試驗。

29、本發(fā)明的有益效果為：

30、本發(fā)明提供一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，先通過在模型箱體內(nèi)的試驗腔中設置土樣，并通過滲流施壓組件朝向試驗腔內(nèi)進行滲流充水，從而模擬出土樣滲流狀態(tài)，隨后根據(jù)滲流施壓組件設置在模型箱體的不同側(cè)面上而形成不同的滲流方向與滲透壓力，通過滲流施壓組件開始滲流之后控制活動門開始活動而使土樣的局部產(chǎn)生移動，最后收集傳感器組件所感應的滲流數(shù)據(jù)，以方便進行后續(xù)試驗分析。

31、本發(fā)明通過滲流施壓組件與活動門的配合可在三維層面實現(xiàn)多角度不定向、不定壓的土拱試驗，從而更加方便研究在上述條件下土拱效應的演變過程。

技術(shù)特征：

1.一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，包括：模型箱體，所述模型箱體內(nèi)具有試驗腔，所述試驗腔內(nèi)用于承載土樣；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述活動門上連接有驅(qū)動部，所述驅(qū)動部設置在所述模型箱體上，所述活動門通過所述驅(qū)動部的驅(qū)動而沿預定方向移動；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述模型箱體上設置有門箱體，所述門箱體內(nèi)具有活動腔，所述活動腔與所述試驗腔通過所述活動門而分隔開；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述模型箱體上設置有多個所述滲流施壓組件；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述滲流施壓組件包括：水箱，所述水箱設置在所述模型箱體上；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述加壓部包括：氣囊，所述氣囊設置在所述水箱內(nèi)，所述氣囊通過充氣管道貫穿所述水箱而連接到外部的空氣壓縮機。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述模型箱體的多個側(cè)面上均設置有使所述試驗腔敞開的開口，所述開口用于與所述滲流施壓組件相連接；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述模型箱體的不同側(cè)面上的所述滲流板上的所述第二滲流孔的孔徑不同。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，其特征在于，所述水箱內(nèi)設置有水壓力傳感器，所述水壓傳感器用于檢測通過所述加壓部所施壓的水壓。

10.一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1至9任意一項所述的一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置及方法，屬于巖土工程試驗設備技術(shù)領域。該模擬三維滲流的不定向、不定壓狀態(tài)的試驗裝置包括：模型箱體，模型箱體內(nèi)具有試驗腔，試驗腔內(nèi)用于承載土樣；至少一個滲流施壓組件，至少一個滲流施壓組件設置在模型箱體的多個側(cè)面的至少一個上，并用于朝向試驗腔內(nèi)進行滲流充水；活動門，活動門活動設置在試驗腔內(nèi)，并用于使土樣的局部產(chǎn)生移動；傳感器組件，傳感器組件安裝于試驗腔內(nèi)，并用于監(jiān)測土樣在滲流作用下的內(nèi)部應力與位移。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中沒有設備來模擬土樣的滲流作用與土拱效應，導致不便于研究滲流條件下土拱效應的演變過程以水?土之間的相互耦合關系的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：馮鵬程,劉繼國,程勇,舒恒,宋明,楊林松,史世波,李金,彭文波,崔慶龍,孟鵬
受保護的技術(shù)使用者：中交第二公路勘察設計研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10