隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)臺(tái)架、地應(yīng)力加載系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，試驗(yàn)臺(tái)架中設(shè)有用于填充密實(shí)性介質(zhì)、斷層介質(zhì)和圍巖介質(zhì)的空間，密實(shí)性介質(zhì)位于試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部空間的周邊和底部，斷層介質(zhì)和圍巖介質(zhì)位于密實(shí)性介質(zhì)形成的凹形空間內(nèi)，斷層介質(zhì)處于圍巖介質(zhì)中部，供水系統(tǒng)設(shè)置于斷層介質(zhì)頂部設(shè)有一層礫石濾層，供水系統(tǒng)設(shè)置于礫石濾層上；地應(yīng)力加載系統(tǒng)位于圍巖介質(zhì)頂部，注漿系統(tǒng)由試驗(yàn)臺(tái)架底部伸入到圍巖介質(zhì)中的開(kāi)挖隧道部位，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置于斷層介質(zhì)和圍巖介質(zhì)交界處以及斷層介質(zhì)內(nèi)部的若干傳感器，傳感器與試驗(yàn)臺(tái)架外部顯示裝置相連。
【專利說(shuō)明】隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種巖土工程模型試驗(yàn)系統(tǒng)，具體涉及一種隧道突水突泥與注漿 處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在富水軟弱斷層帶中開(kāi)挖隧道時(shí)，經(jīng)常發(fā)生突水突泥災(zāi)害，造成巨大的人員財(cái)產(chǎn) 損失。注漿作為一種加固軟弱圍巖、治理突水突泥災(zāi)害的一種有效手段在隧道突水突泥災(zāi) 害治理工程中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是由于巖體水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、注漿工程 的隱蔽性、漿液性質(zhì)的時(shí)變性等原因，注漿理論嚴(yán)重滯后于注漿工程實(shí)踐。
[0003] 模型試驗(yàn)是研究隧道突水突泥災(zāi)害形成過(guò)程中的災(zāi)變機(jī)理、注漿治理過(guò)程中漿液 擴(kuò)散規(guī)律及加固機(jī)理的重要方法。目前，在注漿模型實(shí)驗(yàn)方面，注漿模型實(shí)驗(yàn)多側(cè)重于注漿 過(guò)程的局部，只針對(duì)某些特定地層（如單裂隙、簡(jiǎn)單多孔介質(zhì)），沒(méi)有對(duì)注漿過(guò)程進(jìn)行整體 系統(tǒng)的研究；在突水突泥模型試驗(yàn)方面，研究者大多只研究突水突泥的致災(zāi)過(guò)程，并沒(méi)有對(duì) 災(zāi)后治理進(jìn)行研究。尤其在隧道開(kāi)挖引起突水突泥災(zāi)害并在災(zāi)后進(jìn)行注漿治理的模型試驗(yàn) 研究方面，國(guó)內(nèi)罕有研究。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種隧道突水突泥與注漿 處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，本實(shí)用新型可以系統(tǒng)模擬隧道開(kāi)挖引起的突水突泥災(zāi)害形成過(guò) 程、災(zāi)后注漿治理過(guò)程、注漿治理后的開(kāi)挖過(guò)程，并可進(jìn)一步評(píng)判注漿效果及分析隧道圍巖 穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)隧道突水突泥災(zāi)害形成、災(zāi)后治理、治理后開(kāi)挖的三個(gè)階段連續(xù)、完整的模擬， 為相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：
[0006] 一種隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)臺(tái)架、地應(yīng)力加載系 統(tǒng)、供水系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，試驗(yàn)臺(tái)架中設(shè)有用于填充密實(shí)性介質(zhì)、斷層介質(zhì)和圍 巖介質(zhì)的空間，密實(shí)性介質(zhì)位于試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部空間的周邊和底部，斷層介質(zhì)和圍巖介質(zhì)位 于密實(shí)性介質(zhì)形成的凹形空間內(nèi)，斷層介質(zhì)處于圍巖介質(zhì)中部，斷層介質(zhì)頂部設(shè)有一層礫 石濾層，供水系統(tǒng)設(shè)置于礫石濾層上；地應(yīng)力加載系統(tǒng)位于圍巖介質(zhì)頂部，注漿系統(tǒng)由試驗(yàn) 臺(tái)架底部伸入到圍巖介質(zhì)中的開(kāi)挖隧道部位，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置于斷層介質(zhì)和圍巖介質(zhì)交 界處以及斷層介質(zhì)內(nèi)部的若干傳感器，若干傳感器與試驗(yàn)臺(tái)架外部顯示裝置相連，斷層介 質(zhì)下方設(shè)置測(cè)壓管；
[0007] 所述試驗(yàn)臺(tái)架包括側(cè)壁、用于提供加載地應(yīng)力平臺(tái)的頂蓋和設(shè)于鋼筋混凝土支撐 架頂部的底板，所述的側(cè)壁垂直設(shè)立于底板且與底板連接，頂蓋設(shè)于側(cè)壁的頂部且與側(cè)壁 相連；所述的側(cè)壁由多個(gè)在堅(jiān)直方向上疊放在一起的模型環(huán)單元依次連接而成；且在隧道 設(shè)計(jì)位置對(duì)應(yīng)的模型環(huán)單元的直徑方向正對(duì)設(shè)置兩個(gè)空洞，隧道開(kāi)挖之前用與側(cè)壁相同弧 度的弧形封閉鋼板封堵孔洞，弧形封閉鋼板與側(cè)壁之間相連接。
[0008] 所述的模型環(huán)單元由兩個(gè)半圓弧單元連接而成；彼此相鄰模型環(huán)單元由半圓環(huán)式 肋板連接構(gòu)成側(cè)壁。
[0009] 半圓弧單元包括弧板、半圓環(huán)式肋板、堅(jiān)直肋板，所述弧板圓周方向的頂部、底部 沿邊緣焊接半圓環(huán)式肋板；弧板的沿圓周方向的兩端與中部均設(shè)有與其相連的堅(jiān)直肋板； 且所述堅(jiān)直肋板的在堅(jiān)直方向上與半圓環(huán)式肋板連接，且在半圓環(huán)式肋板上鉆有孔。
[0010] 所述的弧板上設(shè)置有作為模型內(nèi)外的注漿管連接裝置使用或者作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 引線管使用的兩個(gè)連接管。
[0011] 所述的頂蓋為圓形，其頂部設(shè)有用于提高頂蓋強(qiáng)度和剛度的交叉肋板，其上設(shè)有 一個(gè)穿過(guò)其到達(dá)試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部且作為地應(yīng)力加載系統(tǒng)的連接孔使用的連接管。
[0012] 所述的底板上設(shè)置有多根管道，管道穿過(guò)底板并與底板連接；且位于試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi) 部的管道端部通過(guò)絲扣與注漿管連接，試驗(yàn)臺(tái)架外的管道端部連接注漿管路。
[0013] 隧道開(kāi)挖時(shí)，用導(dǎo)向鋼板替換弧形封閉鋼板，導(dǎo)向鋼板為開(kāi)挖隧道提供開(kāi)挖基準(zhǔn)。
[0014] 所述導(dǎo)向鋼板由平鋼板和兩個(gè)與側(cè)壁相同弧度的連接板構(gòu)成，平鋼板與連接板連 接；在平鋼板四個(gè)角的位置開(kāi)孔，開(kāi)孔位置與弧形封閉鋼板的開(kāi)孔位置相同。
[0015] 所述地應(yīng)力加載系統(tǒng)包括一個(gè)與模型試驗(yàn)架頂部相通的壓力罐，所述的壓力罐設(shè) 置有3個(gè)接口和一個(gè)泄壓閥門，第一接口與一個(gè)為其提供壓力的空壓機(jī)相連，第二接口與 一個(gè)為其提供水源的水泵相連，第三接口與水囊連通，為模型試驗(yàn)架內(nèi)的介質(zhì)提供壓力。
[0016] 所述的第一接口與空壓機(jī)的壓力調(diào)節(jié)器連接，第二接口上安裝送水閥門，送水閥 門與水泵通過(guò)送水管連接，第三接口與輸水閥門連接，輸水管連接輸水閥門與水囊，輸水管 上設(shè)置壓力表監(jiān)測(cè)水壓。
[0017] 空壓機(jī)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出壓力，輸出壓力范圍為0?5MPa。
[0018] 所述的輸水管通過(guò)一個(gè)活節(jié)與進(jìn)入到水囊內(nèi)的連接管相連，所述的連接管下部焊 接底盤，連接管底盤與水囊圓形開(kāi)口部位粘接。
[0019] 所述的水囊采用薄壁、變形性能極佳、抗破壞能力強(qiáng)的橡膠材料制成，水囊形狀為 圓柱形，中間設(shè)置圓形開(kāi)口。
[0020] 所述的水囊的四周為試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁，水囊直徑與試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)徑相等，水囊高 度與所填圍巖介質(zhì)和頂蓋之間的距離相等，從而保證水囊與試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁和所填圍巖介 質(zhì)的貼合。
[0021] 試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁承受水囊加壓過(guò)程中產(chǎn)生的反力作用，頂蓋設(shè)置垂直交叉的肋板增 強(qiáng)頂蓋的強(qiáng)度和剛度。
[0022] 所述供水系統(tǒng)包括空壓機(jī)、水泵、水力承壓筒和加壓水箱，在隧道開(kāi)挖至突水突 泥、突泥后注漿治理、治理后隧道開(kāi)挖過(guò)程中供水系統(tǒng)可以全程提供穩(wěn)定壓力水源。水力 承壓筒為鋼制圓柱形承壓筒，承壓筒上部設(shè)置兩個(gè)閥門，下部設(shè)置一個(gè)閥門，其中一個(gè)上部 閥門與空壓機(jī)上的壓力調(diào)節(jié)器通過(guò)輸氣軟管連接，空壓機(jī)為水力承壓筒提供穩(wěn)定的空氣動(dòng) 力，壓縮空氣的壓力易于控制并且穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器控制輸出壓力，輸出壓力范圍 為0?1. 5MPa。水力承壓筒的另一個(gè)上部閥門與水泵通過(guò)輸水軟管連接，下部閥門與加壓 水箱通過(guò)輸水軟管連接，在輸水軟管上設(shè)置P-Q-t記錄儀并與電腦連接，實(shí)時(shí)記錄壓力、流 量隨時(shí)間的變化。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水力承壓筒內(nèi)腔上部為壓縮空氣，下部為水，利用穩(wěn)定的 空氣壓力推動(dòng)水進(jìn)入加壓水箱。
[0023] 加壓水箱為扁平狀的水箱，水箱上部與水力承壓筒通過(guò)輸水軟管連接，水箱下部 等間距密布排水孔。在模型試驗(yàn)過(guò)程中，加壓水箱預(yù)置在斷層介質(zhì)的上部，水箱底面積與斷 層介質(zhì)在水平面上的截?cái)嗝娣e相同，保證加壓水箱與斷層有最大的接觸面積，從而使模型 試驗(yàn)過(guò)程中水壓更均勻。
[0024] 所述注漿系統(tǒng)包括兩對(duì)前后設(shè)置的分段注漿器，其中一對(duì)分段注漿器對(duì)應(yīng)于隧道 開(kāi)挖后的圍巖注漿加固區(qū)域，另一對(duì)分段注漿器對(duì)應(yīng)于隧道開(kāi)挖前的超前帷幕注漿加固區(qū) 域；每個(gè)分段注漿器均包含一根堅(jiān)直的注漿管，注漿管上并聯(lián)有三根分別與隧道開(kāi)挖后的 圍巖注漿加固區(qū)域或隧道開(kāi)挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域相對(duì)應(yīng)的注漿軟管，每?jī)筛{ 軟管之間的注漿管中設(shè)有一注漿分隔器，注漿管的進(jìn)口與注漿泵相連；
[0025] 所述注漿分隔器為邊緣帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與注漿管的外徑相 同，將薄片鋸齒彎折后套入注漿管端部，并利用粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器 的注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的注漿管通過(guò)接頭連接，從而固定注漿分隔器。
[0026] 所述注漿管為PVC材質(zhì)，注漿管下端口通過(guò)PVC接箍與鋼制絲管連接，鋼制絲管穿 過(guò)底板并與底板焊接連接。
[0027] 所述鋼制絲管下端通過(guò)活節(jié)與注漿管路相連，注漿管路與注漿泵相連，且注漿管 路上設(shè)有閥門。
[0028] 所述圓形薄片為厚度為0. 23mm的鋁制薄片，該鋁制薄片能夠承受IMPa的注漿壓 力，完全滿足模型試驗(yàn)對(duì)注漿壓力的要求。
[0029] 所述注漿軟管采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口，注漿軟管與注 漿管通過(guò)PVC變徑連接。
[0030] 相對(duì)的兩根注漿軟管布置在同一直線上，兩對(duì)前后設(shè)置的分段注漿器共12根注 漿軟管呈正六棱柱以隧道為中心布置。
[0031] 隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)方法，步驟為：
[0032] 步驟一：在鋼筋混凝土支撐架上安裝試驗(yàn)臺(tái)架；固定試驗(yàn)臺(tái)架的底板，將兩個(gè)半 圓弧單元通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接成模型環(huán)單元，通過(guò)螺栓連接模型環(huán)單元、底板與支撐鋼板，所 有螺栓連接處放置橡膠墊以保證密封性。隨著填料方量的增加，實(shí)時(shí)架設(shè)下一層模型環(huán)單 元，這樣可以避免一次性架設(shè)試驗(yàn)臺(tái)架所帶來(lái)的填料與埋設(shè)監(jiān)測(cè)元件操作空間不足的問(wèn) 題；
[0033] 步驟二：安裝內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器，在隧道設(shè)計(jì)位置架設(shè)含有隧道洞口的模型環(huán) 單元，按照設(shè)計(jì)的隧道位置布設(shè)4個(gè)內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器，12根注漿軟管均勻布置在隧道 周圍，根據(jù)隧道尺寸通過(guò)調(diào)整PVC注漿管的尺寸調(diào)整注漿軟管位置；
[0034] 步驟三：采用夯實(shí)填筑法在試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部充填圍巖介質(zhì)，在試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部邊緣 附近區(qū)域提高夯實(shí)強(qiáng)度與夯實(shí)次數(shù)，使之形成密實(shí)性介質(zhì)，目的是提高其強(qiáng)度并降低其滲 透率，防止?jié){液或水沿試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部側(cè)壁流動(dòng)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其他區(qū)域的圍巖介質(zhì)正常填 料；
[0035] 步驟四：根據(jù)斷層介質(zhì)傾角、厚度及斷層介質(zhì)與隧道相對(duì)位置參數(shù)預(yù)置斷層介質(zhì)， 根據(jù)上述斷層介質(zhì)參數(shù)填筑斷層介質(zhì)，并在斷層介質(zhì)下方設(shè)置測(cè)壓管，測(cè)壓管的作用是驗(yàn) 證斷層介質(zhì)內(nèi)部是否達(dá)到飽水狀態(tài)；
[0036] 步驟五：布置監(jiān)測(cè)元件，光纖傳感器布置在相應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵區(qū)域觀測(cè)特定物理場(chǎng) 的變化。突水突泥災(zāi)害發(fā)生前后，斷層介質(zhì)與圍巖交界附近為災(zāi)害發(fā)生前后的關(guān)鍵區(qū)域，此 區(qū)域滲流場(chǎng)、位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在交界附近斷面重點(diǎn)布置滲壓、位移、土壓和應(yīng) 變傳感器。注漿處治過(guò)程中，斷層介質(zhì)內(nèi)部為注漿加固的關(guān)鍵區(qū)域，此區(qū)域溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、 應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在斷層介質(zhì)內(nèi)部重點(diǎn)布置溫度、滲壓、土壓和位移傳感器；
[0037] 步驟六：放置加壓水箱，在斷層介質(zhì)頂部預(yù)置一層礫石濾層防止斷層介質(zhì)相似材 料通過(guò)水箱排水孔進(jìn)入水箱堵塞排水孔，在礫石濾層上方預(yù)置加壓水箱，加壓水箱底面積 與斷層介質(zhì)在水平面上的截?cái)嗝娣e相同，保證加壓水箱與斷層介質(zhì)有最大的接觸面積；
[0038] 步驟七：若不需要加載地應(yīng)力，則不安裝頂蓋，填料在自重下達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的 應(yīng)力水平，若需要加載地應(yīng)力，則安裝地應(yīng)力加載系統(tǒng)，在圍巖介質(zhì)上方放置水囊，保證水 囊與圍巖介質(zhì)及試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁緊密貼合，之后將頂蓋與側(cè)壁通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，通過(guò)活節(jié) 連接輸水管與水囊連接管；
[0039] 步驟八：?jiǎn)?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在完成全部填料、監(jiān)測(cè)元件埋設(shè)、預(yù)埋分段注漿器安裝、 地應(yīng)力加載系統(tǒng)安裝等工作后，啟動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)始監(jiān)測(cè)各個(gè)物理場(chǎng)數(shù)據(jù)直到模型試驗(yàn)結(jié) 束；
[0040] 步驟九：形成承壓靜水環(huán)境，連接空壓機(jī)、水泵、水力承壓筒、加壓水箱、P-Q-t記 錄儀等設(shè)備，打開(kāi)水泵使水力承壓筒充滿水，充滿水后關(guān)閉輸水閥門；按實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求設(shè)定 空壓機(jī)壓力，打開(kāi)相關(guān)閥門使壓力水進(jìn)入模型內(nèi)部，直到斷層介質(zhì)內(nèi)部達(dá)到飽水狀態(tài)，從而 形成承壓靜水環(huán)境；
[0041] 步驟十：隧道開(kāi)挖，用導(dǎo)向鋼板替換弧形封閉鋼板，以導(dǎo)向鋼板上的開(kāi)挖隧道口為 隧道開(kāi)挖基準(zhǔn)并按設(shè)計(jì)步長(zhǎng)分次開(kāi)挖隧道，在每一步開(kāi)挖完成后等待一段時(shí)間，待各個(gè)物 理場(chǎng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行下一步長(zhǎng)的開(kāi)挖。實(shí)時(shí)記錄隧道開(kāi)挖期間的涌水量，并記錄突水突泥 發(fā)生時(shí)的突水突泥量；
[0042] 步驟十一：對(duì)隧道圍巖實(shí)施注漿，清理隧道突出的泥水混合物，在突泥口附近放置 圓柱形自制止?jié){墻，防止注漿過(guò)程中漿液從已開(kāi)挖的隧道空間流出；由于設(shè)置了 4個(gè)不同 位置的內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器并且每個(gè)預(yù)埋分段注漿器內(nèi)部有兩個(gè)注漿分隔器，整個(gè)注漿過(guò) 程分4序次、每序次分3段注漿，總共注漿12次；按實(shí)驗(yàn)方案對(duì)加固區(qū)域的優(yōu)先順序要求， 對(duì)隧道圍巖實(shí)施注漿堵水加固。注漿過(guò)程中利用P-Q-t記錄儀記錄注漿壓力、注漿速率隨 時(shí)間的變化；
[0043] 步驟十二：注漿后開(kāi)挖隧道，注漿后待各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后繼續(xù)開(kāi)挖隧道，直至隧 道貫通。隧道貫通之后不斷增加供水壓力，使隧道重新發(fā)生突水突泥，檢驗(yàn)注漿加固后的隧 道圍巖所能承受的最大水壓力，進(jìn)而評(píng)判注漿效果；
[0044] 步驟十三：模型試驗(yàn)系統(tǒng)拆除，關(guān)閉供水系統(tǒng)及地應(yīng)力加載系統(tǒng)，拆除側(cè)壁，拆模 過(guò)程中記錄漿液擴(kuò)散形態(tài)，并在重要位置取樣用于后續(xù)研究。模型試驗(yàn)結(jié)束。
[0045] 本實(shí)用新型中，試驗(yàn)臺(tái)架為模型試驗(yàn)提供一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，承受實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的 應(yīng)力載荷和水壓載荷。試驗(yàn)臺(tái)架各部分均采用1〇_厚的鋼板焊接而成，保證了試驗(yàn)臺(tái)架的 強(qiáng)度和剛度，它包括底板、側(cè)壁和頂蓋。試驗(yàn)臺(tái)架中的側(cè)壁由高300_的模型環(huán)單元通過(guò)高 強(qiáng)螺栓連接而成。模型環(huán)單元由兩個(gè)半圓弧單元構(gòu)成，半圓弧單元由弧板、半圓環(huán)式肋板、 堅(jiān)直肋板構(gòu)成。弧板厚l〇mm、直徑1500mm，弧板頂部、底部沿邊緣焊接寬100mm、厚10mm的 半圓環(huán)式肋板，兩端與中部焊接寬100mm、高300_、厚10mm的堅(jiān)直肋板；半圓環(huán)式肋板與堅(jiān) 直肋板通過(guò)焊接連接，并均勻鉆孔。兩個(gè)半圓弧單元由端部的堅(jiān)直肋板通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接 構(gòu)成模型環(huán)單元；彼此相鄰模型環(huán)單元由半圓環(huán)式肋板通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接構(gòu)成側(cè)壁。半圓 環(huán)式肋板和堅(jiān)直肋板提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度并起連接作用?；“迳显O(shè)置兩個(gè)連接管，連接管 可作為模型內(nèi)外的注漿管連接裝置使用，也可作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的引線管使用。側(cè)壁由模型環(huán) 單元組裝而成，在模型實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中由下往上逐層組裝，為填料與布設(shè)監(jiān)測(cè)元件提供更 大的操作空間；在模型試驗(yàn)結(jié)束后，由上往下逐層拆模，保證地層結(jié)構(gòu)及注漿漿脈完整地保 留下來(lái)并可以觀察漿液擴(kuò)散形態(tài)。試驗(yàn)臺(tái)架各個(gè)結(jié)構(gòu)單元采用模塊化方式連接，組裝及拆 卸方便，可根據(jù)不同模型高度采用相應(yīng)數(shù)量的模型環(huán)組合。試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)更好地滿足了 模型試驗(yàn)可重復(fù)性的要求。
[0046] 在隧道設(shè)計(jì)位置對(duì)應(yīng)的模型環(huán)單元的直徑方向正對(duì)設(shè)置兩個(gè)圓形空洞，空洞直徑 要大于按不同試驗(yàn)比尺設(shè)計(jì)所取的最大隧道尺寸，隧道開(kāi)挖之前用與側(cè)壁相同弧度的弧形 封閉鋼板封堵圓形孔洞，在弧形封閉鋼板四個(gè)角的位置開(kāi)孔，弧形封閉鋼板與側(cè)壁之間通 過(guò)螺栓連接，中間放置橡膠墊。隧道開(kāi)挖時(shí)用導(dǎo)向鋼板替換弧形封閉鋼板，導(dǎo)向鋼板為開(kāi)挖 隧道提供開(kāi)挖基準(zhǔn)。導(dǎo)向鋼板由平鋼板和兩個(gè)與側(cè)壁相同弧度的連接板構(gòu)成，平鋼板與連 接板通過(guò)焊接連接。在平鋼板四個(gè)角的位置開(kāi)孔，開(kāi)孔位置與弧形封閉鋼板的開(kāi)孔位置相 同。導(dǎo)向鋼板與側(cè)壁之間通過(guò)螺栓連接。在平鋼板與圓形洞口對(duì)應(yīng)位置根據(jù)不同的試驗(yàn)比 尺按實(shí)際隧道形狀設(shè)置開(kāi)挖隧道口。
[0047] 頂蓋上焊接高100_、厚10mm垂直相交的交叉肋板，交叉肋板提高頂蓋的強(qiáng)度和 剛度，頂蓋與側(cè)壁通過(guò)螺栓連接。頂蓋焊接一根連接管，連接管作為地應(yīng)力加載系統(tǒng)的連接 孔使用。頂蓋的作用是提供加載地應(yīng)力的平臺(tái)；在不加載地應(yīng)力的情況下，試驗(yàn)臺(tái)架不包含 頂蓋，圍巖材料直接與外界接觸。
[0048] 底板根據(jù)隧道位置設(shè)置4根帶絲鋼管，帶絲鋼管穿過(guò)底板并與底板通過(guò)焊接方式 連接，試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部的鋼管端部通過(guò)絲扣與預(yù)埋分段注漿器連接，試驗(yàn)臺(tái)架外的鋼管端部 通過(guò)絲扣與閥門連接，閥門連接注漿管路。頂蓋、底板與側(cè)壁通過(guò)螺栓連接。半圓弧單元之 間的連接處、模型環(huán)單元之間的連接處、側(cè)壁與頂蓋的連接處、側(cè)壁與底板的連接處均放置 10mm厚的橡膠墊，保證模型的密封性。
[0049] 試驗(yàn)臺(tái)架放置在鋼筋混凝土支撐架上，鋼筋混凝土支撐架由支撐鋼板、4根鋼筋混 凝土柱和鋼筋混凝土平臺(tái)構(gòu)成。鋼筋混凝土柱與鋼筋混凝土平臺(tái)為一體化澆筑而成，每根 鋼筋混凝土柱上預(yù)埋兩根螺絲桿，支撐鋼板在與螺絲桿相對(duì)應(yīng)位置設(shè)置螺栓孔，支撐鋼板 與鋼筋混凝土柱通過(guò)螺絲桿連接。支撐鋼板為一圓環(huán)形鋼板，厚l〇mm，外徑2000mm，內(nèi)徑 1100mm。試驗(yàn)臺(tái)架直接放置在支撐鋼板之上，支撐鋼板在底板螺栓對(duì)應(yīng)位置設(shè)置螺栓孔，支 撐鋼板、底板和側(cè)壁通過(guò)螺栓連接。鋼筋混凝土支撐架保證了底板下部有足夠的操作空間。
[0050] 地應(yīng)力加載系統(tǒng)主要由大功率空壓機(jī)、壓力罐、水囊三部分構(gòu)成。地應(yīng)力加載系統(tǒng) 中的大功率空壓機(jī)與壓力罐通過(guò)輸氣管連接，并設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器控制大功率空壓機(jī)輸出壓 力，輸出壓力范圍為〇?5MPa。壓力罐由10mm厚的鋼板制成并設(shè)置支架支撐壓力罐，壓力 罐上部設(shè)置三個(gè)接口和一個(gè)泄壓閥門，第一接口通過(guò)輸氣管與大功率空壓機(jī)連接，第二接 口為加水口并連接閥門第三接口連接閥門并通過(guò)輸水管與水囊連接，輸水管上設(shè)置壓力 表測(cè)量水壓。水囊采用薄壁、變形性能極佳、抗破壞能力強(qiáng)的橡膠材料制成。水囊形狀為圓 柱形，中間設(shè)置圓形開(kāi)口，水囊半徑與試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)徑相等，水囊高度與所填圍巖介質(zhì)和頂蓋 之間的距離相等，從而保證水囊與試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁和所填圍巖介質(zhì)緊密貼合。輸水管通過(guò)一 個(gè)活節(jié)與進(jìn)入到水囊內(nèi)的水囊連接管相連，所述的水囊連接管下部焊接底盤，連接管底盤 與水囊圓形開(kāi)口部位粘接。在地應(yīng)力加載過(guò)程中，壓力罐內(nèi)下部為水，上部為空氣，依靠大 功率空壓機(jī)提供空氣壓力，空氣壓力轉(zhuǎn)化為水壓力作用在水囊中，所加水壓傳遞到圍巖介 質(zhì)之上，從而實(shí)現(xiàn)地應(yīng)力加載。水壓通過(guò)水囊傳遞壓力必然會(huì)產(chǎn)生壓力損耗，通過(guò)采用變形 性能好的材料制作水囊最大限度減小壓力損耗，讓所加水壓與所要施加的地應(yīng)力盡可能相 等。
[0051] 供水系統(tǒng)由空壓機(jī)、水泵、水力承壓筒和加壓水箱等構(gòu)成，在隧道開(kāi)挖至突水突 泥、突泥后注漿治理、治理后隧道開(kāi)挖過(guò)程中供水系統(tǒng)可以全程提供穩(wěn)定壓力水源。水力 承壓筒為鋼制圓柱形承壓筒，承壓筒上部設(shè)置兩個(gè)閥門，下部設(shè)置一個(gè)閥門，其中一個(gè)上部 閥門與空壓機(jī)上的壓力調(diào)節(jié)器通過(guò)輸氣軟管連接，空壓機(jī)為水力承壓筒提供穩(wěn)定的空氣動(dòng) 力，壓縮空氣的壓力易于控制并且穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器控制輸出壓力，輸出壓力范圍 為0?1. 5MPa。水力承壓筒上部閥門與水泵通過(guò)輸水軟管連接，下部閥門與加壓水箱通過(guò) 輸水軟管連接，在輸水軟管上設(shè)置P-Q-t記錄儀并與電腦連接，實(shí)時(shí)記錄壓力、流量隨時(shí)間 的變化。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水力承壓筒內(nèi)腔上部為壓縮空氣，下部為水，利用穩(wěn)定的空氣壓力 推動(dòng)水進(jìn)入加壓水箱。
[0052] 加壓水箱為扁平狀的水箱，水箱上部與水力承壓筒通過(guò)輸水軟管連接，水箱下部 等間距密布排水孔。在模型試驗(yàn)過(guò)程中，加壓水箱預(yù)置在斷層介質(zhì)的上部，水箱底面積與斷 層介質(zhì)在水平面上的截?cái)嗝娣e相同，保證加壓水箱與斷層介質(zhì)有最大的接觸面積，從而使 模型試驗(yàn)過(guò)程中水壓更均勻
[0053] 注漿系統(tǒng)由外部注漿裝置和內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器兩部分構(gòu)成。外部注漿裝置由注 漿泵、P-Q-t記錄儀及相應(yīng)的注漿管路構(gòu)成。試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部的帶絲鋼管端部通過(guò)絲扣與4個(gè) 內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器連接，內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器由PVC注漿管、注漿分隔器和注漿軟管構(gòu) 成。每個(gè)預(yù)埋分段注漿器內(nèi)部設(shè)置有2個(gè)注漿分隔器和3根注漿軟管，內(nèi)部預(yù)埋分段注漿 器可以實(shí)現(xiàn)分序次分段注漿，具體過(guò)程參見(jiàn)具體試驗(yàn)方法。PVC注漿管采用PVC材料制作而 成，加工方便、成本低廉。注漿分隔器的材質(zhì)為普通鋁制薄片，形狀為帶鋸齒的圓形薄片，圓 形薄片的直徑與PVC注漿管的外徑相同，利用AB膠粘結(jié)PVC注漿管和注漿分隔器，將粘結(jié) 注漿分隔器的PVC注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管通過(guò)PVC接頭連接，從而固定 注漿分隔器。注漿分隔器可以承受IMPa的注漿壓力，完全滿足模型試驗(yàn)對(duì)注漿壓力的要 求。在前一段注漿完成后，利用鉆頭破壞鋁制薄片即可進(jìn)行下一次注漿。注漿軟管采用軟 材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口，注漿軟管與PVC注漿管通過(guò)PVC變徑連接。注 漿軟管沒(méi)有支撐能力，對(duì)斷層介質(zhì)突水突泥不造成影響。12根注漿軟管均勻布置在隧道周 圍，根據(jù)隧道尺寸通過(guò)調(diào)整PVC注漿管的尺寸調(diào)整注漿軟管位置。
[0054] 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用光纖傳感器，包括土壓、滲壓、位移、應(yīng)變、溫度光纖傳感器。光 纖傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、抗腐蝕、耐 高溫、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。光纖傳感器布置在相應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵區(qū)域觀測(cè)特定物理場(chǎng)的變 化。突水突泥災(zāi)害發(fā)生前后，斷層介質(zhì)與圍巖交界附近為災(zāi)害發(fā)生前后的關(guān)鍵區(qū)域，此區(qū)域 滲流場(chǎng)、位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在交界附近斷面重點(diǎn)布置滲壓、位移、土壓和應(yīng)變傳 感器。注漿處治過(guò)程中，斷層介質(zhì)內(nèi)部為注漿加固的關(guān)鍵區(qū)域，此區(qū)域溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力 場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在斷層介質(zhì)內(nèi)部重點(diǎn)布置溫度、滲壓、土壓和位移傳感器。
[0055] 本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型可以系統(tǒng)模擬隧道開(kāi)挖引起的突水突泥災(zāi) 害形成過(guò)程、災(zāi)后注漿治理過(guò)程、注漿治理后的開(kāi)挖過(guò)程，并可進(jìn)一步評(píng)判注漿效果及分析 隧道圍巖穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)隧道突水突泥災(zāi)害形成、災(zāi)后治理、治理后開(kāi)挖的三個(gè)階段連續(xù)、完 整的模擬，為相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0056] 圖1為隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)流程圖；
[0057] 圖2為試驗(yàn)臺(tái)架剖面圖；
[0058] 圖3-1、3_2分別為試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁半圓弧單元主視圖和俯視圖；
[0059] 圖4-1、4_2分別為導(dǎo)向鋼板主視圖和俯視圖；
[0060] 圖5為試驗(yàn)臺(tái)架底板結(jié)構(gòu)圖；
[0061] 圖6為試驗(yàn)臺(tái)架頂蓋結(jié)構(gòu)圖；
[0062] 圖7-1、7_2分別為鋼筋混凝土支撐架俯視圖和主視圖；
[0063] 圖8為地應(yīng)力加載系統(tǒng)示意圖；
[0064] 圖9為供水系統(tǒng)示意圖；
[0065] 圖10為加壓水箱底板結(jié)構(gòu)圖；
[0066] 圖11-1、11_2、11-3分別為內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器結(jié)構(gòu)及布置主視圖、側(cè)視圖和俯 視圖；
[0067] 圖12-1U2-2分別為內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器細(xì)部結(jié)構(gòu)圖；
[0068] 圖12-3為注漿軟管結(jié)構(gòu)圖；
[0069] 圖13為模型試驗(yàn)填料、注漿系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作示意圖；
[0070] 圖14為試驗(yàn)臺(tái)架三維整體圖；
[0071] 1-側(cè)壁；2--頂蓋；3--底板；4--高強(qiáng)螺栓；5--模型環(huán)單元；6--半 圓弧單元；7--弧板；8--半圓環(huán)式肋板；9--堅(jiān)直肋板；10--弧板連接管；11-- 圓形空洞；12--弧形封閉鋼板；13--橡膠墊；14 一一交叉肋板；15--頂蓋連接管； 16--泄壓閥門；17--帶絲鋼管；18--底板閥門；19--鋼筋混凝土支撐架；20--支 撐鋼板；21--鋼筋混凝土柱；22--鋼筋混凝土平臺(tái)；23--螺絲桿；24-一大功率空壓 機(jī)；25--壓力罐；26--水囊；27--輸氣管；28--壓力調(diào)節(jié)器；29--支架；30--第 一接口；31--第二接口；32--輸水管；33--壓力表；34--第三接口；35--水囊連 接管；36--空壓機(jī)；37--水泵；38--水力承壓筒；39--加壓水箱；40--Ρ-Q-t記 錄儀；41--壓力調(diào)節(jié)器；42--閥門；43--輸氣軟管；44--輸水軟管；45--排水孔； 46--PVC注漿管；47--注漿分隔器；48--注漿軟管；49--鋸齒；50--PVC接頭； 51--PVC變徑；52--內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器；53--隧道；54--圍巖介質(zhì)；55--密實(shí) 性介質(zhì)；56--斷層介質(zhì)；57--測(cè)壓管；58--礫石濾層；59--監(jiān)測(cè)斷面；60--注漿 泵；61--P-Q-t記錄儀；62--注漿管路；63--導(dǎo)向鋼板；64--平鋼板；65--連接 板；66--開(kāi)挖隧道口；67--螺栓孔；68--溢漿口。
【具體實(shí)施方式】
[0072] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0073] 如圖1-圖14所示，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)高度需要連接四層模型環(huán)單元，隧道位置在第二 層模型環(huán)單元直徑位置。不加載地應(yīng)力，圍巖介質(zhì)與外界直接接觸。圍巖介質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化的 粘土，斷層介質(zhì)為富水軟弱的原狀斷層介質(zhì)泥、石混合物，斷層介質(zhì)傾角70°，斷層介質(zhì)厚 度60cm，該種地質(zhì)情況極易導(dǎo)致隧道開(kāi)挖過(guò)程中的突水突泥災(zāi)害發(fā)生。
[0074] 模型試驗(yàn)系統(tǒng)可以完整連續(xù)地模擬復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道突水突泥災(zāi)害演化、災(zāi)后 注漿處治及注漿加固后隧道開(kāi)挖過(guò)程，并可進(jìn)一步評(píng)判注漿效果及分析隧道圍巖穩(wěn)定性。 它包括試驗(yàn)臺(tái)架、地應(yīng)力加載系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)五部分。
[0075] 如圖13所示，試驗(yàn)臺(tái)架由底板3、側(cè)壁1及頂蓋2三部分組成；地應(yīng)力加載系統(tǒng)主 要由大功率空壓機(jī)24、壓力罐25、水囊26三部分構(gòu)成；供水系統(tǒng)由空壓機(jī)36、水泵37、水力 承壓筒38和加壓水箱39等構(gòu)成；注漿系統(tǒng)由外部注漿裝置和內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器52兩部 分構(gòu)成；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由光纖傳感器及其數(shù)據(jù)采集、處理裝置構(gòu)成。
[0076] 試驗(yàn)臺(tái)架中設(shè)有用于填充密實(shí)性介質(zhì)55、斷層介質(zhì)56和圍巖介質(zhì)54的空間，密實(shí) 性介質(zhì)55位于試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部空間的周邊和底部，斷層介質(zhì)56和圍巖介質(zhì)54位于密實(shí)性介 質(zhì)55形成的凹形空間內(nèi)，斷層介質(zhì)56處于圍巖介質(zhì)54中部，斷層介質(zhì)56頂部設(shè)有一層石樂(lè) 石濾層58,供水系統(tǒng)設(shè)置于碌石濾層58上；地應(yīng)力加載系統(tǒng)位于圍巖介質(zhì)54頂部，注楽系 統(tǒng)由試驗(yàn)臺(tái)架底部伸入到圍巖介質(zhì)54中的開(kāi)挖隧道53部位，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置于斷層介 質(zhì)56和圍巖介質(zhì)54交界處以及斷層介質(zhì)56內(nèi)部的若干傳感器，若干傳感器與試驗(yàn)臺(tái)架外 部顯示裝置相連，斷層介質(zhì)56下方設(shè)置測(cè)壓管57。
[0077] 如圖2-7所示，試驗(yàn)臺(tái)架中的側(cè)壁1由高300_的模型環(huán)單元5通過(guò)高強(qiáng)螺栓連 接而成。所述的模型環(huán)單元5由兩個(gè)半圓弧單元6構(gòu)成，所述半圓弧單元6由弧板7、半圓 環(huán)式肋板8、堅(jiān)直肋板9構(gòu)成?；“?厚10mm、直徑1500mm，弧板7頂部、底部沿邊緣焊接 寬100mm、厚10mm的半圓環(huán)式肋板8,兩端與中部焊接寬100mm、高300mm、厚10mm的堅(jiān)直肋 板9 ;半圓環(huán)式肋板8與堅(jiān)直肋板通過(guò)焊接連接，并均勻鉆孔。兩個(gè)半圓弧單元6由端部的 堅(jiān)直肋板9通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接構(gòu)成模型環(huán)單元5 ;彼此相鄰模型環(huán)單元5由半圓環(huán)式肋板 8通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接構(gòu)成側(cè)壁。半圓環(huán)式肋板8和堅(jiān)直肋板9提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度并起連 接作用。試驗(yàn)臺(tái)架各個(gè)結(jié)構(gòu)單元采用模塊化方式連接，組裝及拆卸方便，可根據(jù)不同模型高 度采用相應(yīng)數(shù)量的模型環(huán)5組合。
[0078] 弧板7上設(shè)置兩個(gè)連接管10,連接管10可作為模型內(nèi)外的注漿管連接裝置使用， 也可作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的引線管使用。在隧道設(shè)計(jì)位置對(duì)應(yīng)的模型環(huán)單元5的直徑方向正對(duì)設(shè) 置兩個(gè)圓形空洞11，空洞直徑要大于按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所取的最大隧道53尺寸，隧道開(kāi)挖之前用 與側(cè)壁相同弧度的弧形封閉鋼板12封堵圓形孔洞，在弧形封閉鋼板12四個(gè)角的位置開(kāi)孔， 弧形封閉鋼板12與側(cè)壁之間通過(guò)螺栓4連接，中間放置橡膠墊13。
[0079] 隧道開(kāi)挖時(shí)用導(dǎo)向鋼板63替換弧形封閉鋼板12,導(dǎo)向鋼板63為開(kāi)挖隧道提供開(kāi) 挖基準(zhǔn)。所述導(dǎo)向鋼板63由平鋼板64和兩個(gè)與側(cè)壁相同弧度的連接板65構(gòu)成，平鋼板64 與連接板65通過(guò)焊接連接。在平鋼板64四個(gè)角的位置開(kāi)孔，開(kāi)孔位置與弧形封閉鋼板12 的開(kāi)孔位置相同。隧道開(kāi)挖時(shí)導(dǎo)向鋼板63與側(cè)壁1之間通過(guò)高強(qiáng)螺栓4連接。在平鋼板 64與圓形洞口 11對(duì)應(yīng)位置根據(jù)不同的試驗(yàn)比尺按實(shí)際隧道形狀設(shè)置開(kāi)挖隧道口 66。
[0080] 頂蓋2上焊接高100mm、厚10mm垂直相交的交叉肋板14,交叉肋板14提高頂蓋2 的強(qiáng)度和剛度，頂蓋2與側(cè)壁1通過(guò)高強(qiáng)螺栓4連接。頂蓋2焊接一根連接管15,連接管 15作為地應(yīng)力加載系統(tǒng)的連接孔使用。頂蓋的作用是提供加載地應(yīng)力的平臺(tái)；在不加載地 應(yīng)力的情況下，試驗(yàn)臺(tái)架不包含頂蓋，圍巖材料直接與外界接觸。
[0081] 試驗(yàn)臺(tái)架的底板3根據(jù)隧道位置設(shè)置4根帶絲鋼管17,帶絲鋼管17穿過(guò)底板3 并與底板3通過(guò)焊接方式連接，試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部的鋼管端部通過(guò)絲扣與預(yù)埋分段注漿器52連 接，試驗(yàn)臺(tái)架外的鋼管端部通過(guò)絲扣與底板閥門18連接，底板閥門18連接注漿管路。底板 3與側(cè)壁通過(guò)高強(qiáng)螺栓4連接。
[0082] 頂蓋2、底板3和連接板65上均設(shè)有螺栓孔67。
[0083] 半圓弧單元6之間的連接處、模型環(huán)單元5之間的連接處、側(cè)壁1與頂蓋2的連接 處、側(cè)壁1與底板3的連接處均放置10_厚的橡膠墊，保證模型的密封性。
[0084] 試驗(yàn)臺(tái)架放置在鋼筋混凝土支撐架19上，鋼筋混凝土支撐架19由支撐鋼板20、4 根鋼筋混凝土柱21和鋼筋混凝土平臺(tái)22構(gòu)成。鋼筋混凝土柱21與鋼筋混凝土平臺(tái)22為 一體化澆筑而成，每根鋼筋混凝土柱21上預(yù)埋兩根螺絲桿23,支撐鋼板20在與螺絲桿相對(duì) 應(yīng)位置設(shè)置螺栓孔，支撐鋼板20與鋼筋混凝土柱21通過(guò)螺絲桿23連接。支撐鋼板20為 一圓環(huán)形鋼板，厚l〇mm，外徑2000mm，內(nèi)徑1100mm。試驗(yàn)臺(tái)架直接放置在支撐鋼板20之上， 支撐鋼板20在底板3螺栓孔對(duì)應(yīng)位置設(shè)置螺栓孔，支撐鋼板20、底板3和側(cè)壁1通過(guò)高強(qiáng) 螺栓4連接。鋼筋混凝土支撐架19保證了底板3下部有足夠的操作空間。
[0085] 如圖8所示，地應(yīng)力加載系統(tǒng)中的大功率空壓機(jī)24與壓力罐25通過(guò)輸氣管27連 接，并設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器28控制大功率空壓機(jī)24輸出壓力，輸出壓力范圍為0?5MPa。壓力 罐25由10mm厚的鋼板制成并設(shè)置支架29支撐壓力罐25,壓力罐設(shè)置有3個(gè)接口和一個(gè)泄 壓閥門16,第一接口 30與大功率空壓機(jī)24相連，第二接口 31通過(guò)輸水管32與水泵相連， 第三接口 34與水囊26連通。
[0086] 地應(yīng)力加載系統(tǒng)中的水囊26與壓力罐25連接的管路上設(shè)置測(cè)量水壓的壓力表 33。水囊26采用薄壁、變形性能極佳、抗破壞能力強(qiáng)的橡膠材料制成。水囊26形狀為圓柱 形，中間設(shè)置圓形開(kāi)口，水囊26半徑與試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)徑相等，水囊26高度與所填圍巖介質(zhì)54 和頂蓋2之間的距離相等，從而保證水囊26與試驗(yàn)臺(tái)架偵彳壁和所填圍巖介質(zhì)54緊密貼合。 輸水管通過(guò)活節(jié)與進(jìn)入到水囊內(nèi)的連接管35相連，連接管35下部焊接底盤，連接管35底 盤與水囊26圓形開(kāi)口部位粘接。
[0087] 如圖9、圖10所示，供水系統(tǒng)中的水力承壓筒38為鋼制圓柱形承壓筒，承壓筒上部 設(shè)置兩個(gè)閥門42,下部設(shè)置一個(gè)閥門42,其中一個(gè)上部閥門42與空壓機(jī)36上的壓力調(diào)節(jié) 器41通過(guò)輸氣軟管43連接，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器41控制輸出壓力，輸出壓力范圍為0? 1. 5MPa〇
[0088] 供水系統(tǒng)中的水力承壓筒33的另一個(gè)上部閥門與水泵37通過(guò)輸水軟管44連接， 下部閥門與加壓水箱39通過(guò)輸水管連接，在輸水管上設(shè)置P-Q-t記錄儀40并與電腦連接， 實(shí)時(shí)記錄壓力、流量隨時(shí)間的變化。
[0089] 供水系統(tǒng)中的加壓水箱39為扁平狀的水箱，水箱上部與水力承壓筒38通過(guò)輸水 軟管44連接，水箱下部等間距密布排水孔45。加壓水箱39底面積與斷層介質(zhì)在水平面上 的截?cái)嗝娣e相同，保證了模型試驗(yàn)過(guò)程中水壓更均勻。
[0090] 如圖11、圖12所示，外部注漿裝置由注漿泵60、P-Q_t記錄儀61及相應(yīng)的注漿管 路62構(gòu)成。試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部的帶絲鋼管端部通過(guò)絲扣與4個(gè)內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器52連接， 內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器52由PVC注漿管46、注漿分隔器47和注漿軟管48構(gòu)成。每個(gè)預(yù)埋分 段注漿器52內(nèi)部設(shè)置有2個(gè)注漿分隔器47和3根注漿軟管48,預(yù)埋分段注漿器可以實(shí)現(xiàn) 分序次分段注漿。
[0091] 注漿分隔器47的材質(zhì)為普通鋁制薄片，形狀為帶鋸齒49的圓形薄片，圓形薄片的 直徑與PVC注漿管46的外徑相同，利用AB膠粘結(jié)PVC注漿管46和注漿分隔器47,將粘結(jié) 注漿分隔器47的PVC注漿管46和不粘結(jié)注漿分隔器47的PVC注漿管46通過(guò)PVC接頭50 連接，從而固定注漿分隔器47。
[0092] 注漿軟管48采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口 68,注漿軟管48與 PVC注漿管46通過(guò)PVC變徑51連接。注漿軟管48沒(méi)有支撐能力，對(duì)斷層介質(zhì)突水突泥不 造成影響。12根注漿軟管48均勻布置在隧道53周圍，根據(jù)隧道尺寸通過(guò)調(diào)整PVC注漿管 46的尺寸靈活調(diào)整注漿軟管48位置。
[0093] 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用光纖傳感器，包括土壓、滲壓、位移、應(yīng)變、溫度光纖傳感器。光 纖傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、抗腐蝕、耐 高溫、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。
[0094] 光纖傳感器布置在相應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵區(qū)域觀測(cè)特定物理場(chǎng)的變化。突水突泥災(zāi)害發(fā) 生前后，斷層介質(zhì)與圍巖交界附近為災(zāi)害發(fā)生前后的關(guān)鍵區(qū)域，此區(qū)域滲流場(chǎng)、位移場(chǎng)、應(yīng) 力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在交界附近斷面重點(diǎn)布置滲壓、位移、土壓和應(yīng)變傳感器。注漿處治過(guò) 程中，斷層介質(zhì)內(nèi)部為注漿加固的關(guān)鍵區(qū)域，此區(qū)域溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化， 在斷層介質(zhì)內(nèi)部重點(diǎn)布置溫度、滲壓、土壓和位移傳感器。
[0095] 隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)方法，步驟為：
[0096] 步驟一：在鋼筋混凝土支撐架19上安裝試驗(yàn)臺(tái)架。固定試驗(yàn)臺(tái)架的底板3,將兩 個(gè)半圓弧單元通過(guò)高強(qiáng)螺栓4連接成模型環(huán)單元5,通過(guò)螺栓連接模型環(huán)單元5、底板3與 支撐鋼板20,所有螺栓連接處放置橡膠墊13以保證密封性。隨著填料方量的增加，實(shí)時(shí)架 設(shè)下一層模型環(huán)單元，這樣可以避免一次性架設(shè)試驗(yàn)臺(tái)架所帶來(lái)的填料與埋設(shè)監(jiān)測(cè)元件操 作空間不足的問(wèn)題。
[0097] 步驟二：安裝內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器52。在隧道設(shè)計(jì)位置架設(shè)含有隧道洞口的模型 環(huán)單元，按照設(shè)計(jì)的隧道位置布設(shè)4個(gè)內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器52,12根注漿軟管48均勻布置 在隧道53周圍，根據(jù)隧道尺寸通過(guò)調(diào)整PVC注漿管46的尺寸調(diào)整注漿軟管48位置。預(yù)埋 分段注漿器的布置如圖11所示。
[0098] 步驟三：采用夯實(shí)填筑法在試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部充填圍巖介質(zhì)54。在試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部邊緣 附近區(qū)域提高夯實(shí)強(qiáng)度與夯實(shí)次數(shù)，使之形成密實(shí)性介質(zhì)55,目的是提高其強(qiáng)度并降低其 滲透率，防止?jié){液或水沿試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部側(cè)壁流動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其他區(qū)域的圍巖介質(zhì)54 正常填料。
[0099] 步驟四：根據(jù)斷層介質(zhì)傾角、厚度及斷層介質(zhì)與隧道相對(duì)位置等參數(shù)預(yù)置斷層介 質(zhì)56。根據(jù)上述斷層介質(zhì)參數(shù)填筑斷層介質(zhì)，并在斷層介質(zhì)56下方設(shè)置測(cè)壓管57,測(cè)壓管 57的作用是驗(yàn)證斷層介質(zhì)內(nèi)部是否達(dá)到飽水狀態(tài)。
[0100] 步驟五：布置監(jiān)測(cè)元件。光纖傳感器布置在相應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵區(qū)域觀測(cè)特定物理場(chǎng) 的變化。突水突泥災(zāi)害發(fā)生前后，斷層介質(zhì)56與圍巖54交界附近為災(zāi)害發(fā)生前后的關(guān)鍵 區(qū)域，此區(qū)域滲流場(chǎng)、位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在監(jiān)測(cè)斷面59的I、II、III斷面重點(diǎn)布 置滲壓、位移、土壓和應(yīng)變傳感器。注漿處治過(guò)程中，斷層介質(zhì)內(nèi)部為注漿加固的關(guān)鍵區(qū)域， 此區(qū)域溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，在監(jiān)測(cè)斷面59的斷層介質(zhì)內(nèi)部在III、IV、V、 VI重點(diǎn)布置溫度、滲壓、土壓和位移傳感器。監(jiān)測(cè)元件布置如圖13所示。
[0101] 步驟六：放置加壓水箱39。在斷層介質(zhì)56頂部預(yù)置一層礫石濾層58防止斷層介 質(zhì)相似材料通過(guò)水箱排水孔進(jìn)入水箱堵塞排水孔45,在礫石濾層58上方預(yù)置加壓水箱39， 加壓水箱39底面積與斷層介質(zhì)56在水平面上的截?cái)嗝娣e相同，保證加壓水箱39與斷層介 質(zhì)56有最大的接觸面積。
[0102] 步驟七：若不需要加載地應(yīng)力，則不安裝頂蓋2,填料在自重下達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求 的應(yīng)力水平。若需要加載地應(yīng)力，則安裝地應(yīng)力加載系統(tǒng)，在圍巖介質(zhì)上方放置水囊26,保 證水囊26與圍巖介質(zhì)及試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁緊密貼合，之后將頂蓋2與側(cè)壁1通過(guò)高強(qiáng)螺栓連 接，通過(guò)活節(jié)連接輸水管與水囊連接管35。
[0103] 步驟八：?jiǎn)?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在完成全部填料、監(jiān)測(cè)元件埋設(shè)、預(yù)埋分段注漿器52安 裝、地應(yīng)力加載系統(tǒng)安裝等工作后，啟動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)始監(jiān)測(cè)各個(gè)物理場(chǎng)數(shù)據(jù)直到模型試驗(yàn) 結(jié)束。
[0104] 步驟九：形成承壓靜水環(huán)境。連接空壓機(jī)36、水泵37、水力承壓筒38、加壓水箱39、 P-Q-t記錄儀40設(shè)備，打開(kāi)水泵使水力承壓筒38充滿水，充滿水后關(guān)閉輸水閥門42。按實(shí) 驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求設(shè)定空壓機(jī)壓力，打開(kāi)相關(guān)閥門使壓力水進(jìn)入模型內(nèi)部，直到斷層介質(zhì)內(nèi)部達(dá) 到飽水狀態(tài)，從而形成承壓靜水環(huán)境。
[0105] 步驟十：隧道開(kāi)挖。用導(dǎo)向鋼板63替換弧形封閉鋼板12,以導(dǎo)向鋼板63上的開(kāi) 挖隧道口 66為隧道開(kāi)挖基準(zhǔn)并按設(shè)計(jì)步長(zhǎng)分次開(kāi)挖隧道，在每一步開(kāi)挖完成后等待一段 時(shí)間，待各個(gè)物理場(chǎng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行下一步長(zhǎng)的開(kāi)挖。實(shí)時(shí)記錄隧道開(kāi)挖期間的涌水量，并 記錄突水突泥發(fā)生時(shí)的突水突泥量。
[0106] 步驟十一：對(duì)隧道圍巖實(shí)施注漿。清理隧道突出的泥水混合物，在突泥口附近放置 圓柱形自制止?jié){墻，防止注漿過(guò)程中漿液從已開(kāi)挖的隧道空間流出。由于設(shè)置了 4個(gè)不同 位置的內(nèi)部預(yù)埋分段注漿器52并且每個(gè)預(yù)埋分段注漿器52內(nèi)部有兩個(gè)注漿分隔器，整個(gè) 注漿過(guò)程分4序次、每序次分3段注漿，總共注漿12次。按實(shí)驗(yàn)方案對(duì)加固區(qū)域的優(yōu)先順 序要求，對(duì)隧道圍巖實(shí)施注漿堵水加固。注漿過(guò)程中利用P-Q-t記錄儀記錄注漿壓力、注漿 速率隨時(shí)間的變化。
[0107] 步驟十二：注漿后開(kāi)挖隧道。注漿后待各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后繼續(xù)開(kāi)挖隧道，直至隧 道貫通。隧道貫通之后不斷增加供水壓力，使隧道重新發(fā)生突水突泥，檢驗(yàn)注漿加固后的隧 道圍巖所能承受的最大水壓力，進(jìn)而評(píng)判注漿效果。
[0108] 步驟十三：模型試驗(yàn)系統(tǒng)拆除。關(guān)閉供水系統(tǒng)及地應(yīng)力加載系統(tǒng)，拆除側(cè)壁1，拆 模過(guò)程中記錄漿液擴(kuò)散形態(tài)，并在重要位置取樣用于后續(xù)研究。模型試驗(yàn)結(jié)束。
[0109] 試驗(yàn)臺(tái)架可通過(guò)調(diào)整組成側(cè)壁1的模型環(huán)單元5數(shù)量改變模型高度。側(cè)壁1由模 型環(huán)單元5組裝而成，組裝與拆卸方便，模型試驗(yàn)可重復(fù)性強(qiáng)。在模型實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中由下 往上逐層組裝，為填料與布設(shè)監(jiān)測(cè)元件提供更大的操作空間；在模型試驗(yàn)結(jié)束后，由上往下 逐層拆模，保證地層結(jié)構(gòu)及注漿漿脈完整地保留下來(lái)并可以觀察漿液擴(kuò)散形態(tài)。
[0110] 試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部的帶絲鋼管端部通過(guò)絲扣與4個(gè)預(yù)埋分段注漿器52連接，內(nèi)部預(yù) 埋分段注漿器52由PVC注漿管46、注漿分隔器47和注漿軟管48構(gòu)成。注漿分隔器47的 材質(zhì)為普通鋁制薄片，在前一段注漿完成后，利用鉆頭破壞鋁制薄片即可進(jìn)行下一次注漿。 每個(gè)預(yù)埋分段注漿器52內(nèi)部設(shè)置有2個(gè)注漿分隔器47和3根注漿軟管48,預(yù)埋分段注漿 器可以實(shí)現(xiàn)分序次分段注漿。
[0111] 注漿軟管48采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口 68,注漿軟管48與 PVC注漿管46通過(guò)PVC變徑連接。注漿軟管48沒(méi)有支撐能力，對(duì)斷層介質(zhì)突水突泥不造 成影響。12根注漿軟管48均勻布置在隧道53周圍，根據(jù)隧道尺寸通過(guò)調(diào)整PVC注漿管46 的尺寸調(diào)整注漿軟管48位置。
[0112] 加壓水箱39為扁平狀的水箱，水箱上部與水力承壓筒38連接，水箱下部等間距密 布排水孔45。加壓水箱39底面積與斷層介質(zhì)在水平面上的截?cái)嗝娣e相同，保證了模型試驗(yàn) 過(guò)程中水壓更均勻。加壓水箱39下部預(yù)置一層礫石濾層58,防止圍巖相似材料通過(guò)水箱排 水孔進(jìn)入水箱堵塞排水孔45。
[0113] 斷層介質(zhì)、密實(shí)性介質(zhì)、普通圍巖介質(zhì)均為相似材料,相似材料的力學(xué)參數(shù)根據(jù)相 似理論及實(shí)際試驗(yàn)需求確定。
[0114] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新 型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，包括試驗(yàn)臺(tái)架、地應(yīng)力 加載系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，試驗(yàn)臺(tái)架中設(shè)有用于填充密實(shí)性介質(zhì)、斷層介 質(zhì)和圍巖介質(zhì)的空間，密實(shí)性介質(zhì)位于試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部空間的周邊和底部，斷層介質(zhì)和圍巖 介質(zhì)位于密實(shí)性介質(zhì)形成的凹形空間內(nèi)，斷層介質(zhì)處于圍巖介質(zhì)中部，斷層介質(zhì)頂部設(shè)有 一層碌石濾層，供水系統(tǒng)設(shè)置于碌石濾層上；地應(yīng)力加載系統(tǒng)位于圍巖介質(zhì)頂部，注楽系統(tǒng) 由試驗(yàn)臺(tái)架底部伸入到圍巖介質(zhì)中的開(kāi)挖隧道部位，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置于斷層介質(zhì)和圍巖 介質(zhì)交界處以及斷層介質(zhì)內(nèi)部的若干傳感器，若干傳感器與試驗(yàn)臺(tái)架外部顯示裝置相連， 斷層介質(zhì)下方設(shè)置測(cè)壓管； 所述試驗(yàn)臺(tái)架包括側(cè)壁、用于提供加載地應(yīng)力平臺(tái)的頂蓋和設(shè)于鋼筋混凝土支撐架頂 部的底板，所述的側(cè)壁垂直設(shè)立于底板且與底板連接，頂蓋設(shè)于側(cè)壁的頂部且與側(cè)壁相連； 所述的側(cè)壁由多個(gè)在堅(jiān)直方向上疊放在一起的模型環(huán)單元依次連接而成；且在隧道設(shè)計(jì)位 置對(duì)應(yīng)的模型環(huán)單元的直徑方向正對(duì)設(shè)置兩個(gè)空洞，隧道開(kāi)挖之前用與側(cè)壁相同弧度的弧 形封閉鋼板封堵孔洞，弧形封閉鋼板與側(cè)壁之間相連接； 所述地應(yīng)力加載系統(tǒng)包括一個(gè)與模型試驗(yàn)架頂部相通的壓力罐，所述的壓力罐設(shè)置有 3個(gè)接口和一個(gè)泄壓閥門，第一接口與一個(gè)為其提供壓力的空壓機(jī)相連，第二接口與一個(gè)為 其提供水源的水泵相連，第三接口與水囊連通，為模型試驗(yàn)架內(nèi)的介質(zhì)提供壓力。
2. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 的模型環(huán)單元由兩個(gè)半圓弧單元連接而成；彼此相鄰模型環(huán)單元由半圓環(huán)式肋板連接構(gòu)成 側(cè)壁； 半圓弧單元包括弧板、半圓環(huán)式肋板、堅(jiān)直肋板，所述弧板圓周方向的頂部、底部沿邊 緣焊接半圓環(huán)式肋板；弧板的沿圓周方向的兩端與中部均設(shè)有與其相連的堅(jiān)直肋板；且所 述堅(jiān)直肋板在堅(jiān)直方向上與半圓環(huán)式肋板連接，且在半圓環(huán)式肋板上鉆有孔； 所述的弧板上設(shè)置有作為模型內(nèi)外的注漿管連接裝置使用或者作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的引線 管使用的兩個(gè)連接管。
3. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 的頂蓋為圓形，其頂部設(shè)有用于提高頂蓋強(qiáng)度和剛度的交叉肋板，其上設(shè)有一個(gè)穿過(guò)其到 達(dá)試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部且作為地應(yīng)力加載系統(tǒng)的連接孔使用的連接管； 所述的底板上設(shè)置有多根管道，管道穿過(guò)底板并與底板連接；且位于試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部的 管道端部通過(guò)絲扣與注漿管連接，試驗(yàn)臺(tái)架外的管道端部連接注漿管路。
4. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，隧道 開(kāi)挖時(shí)，用導(dǎo)向鋼板替換弧形封閉鋼板，導(dǎo)向鋼板為開(kāi)挖隧道提供開(kāi)挖基準(zhǔn)； 所述導(dǎo)向鋼板由平鋼板和兩個(gè)與側(cè)壁相同弧度的連接板構(gòu)成，平鋼板與連接板連接； 在平鋼板四個(gè)角的位置開(kāi)孔，開(kāi)孔位置與弧形封閉鋼板的開(kāi)孔位置相同。
5. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 的第一接口與空壓機(jī)的壓力調(diào)節(jié)器連接，第二接口上安裝送水閥門，送水閥門與水泵通過(guò) 送水管連接，第三接口與輸水閥門連接，輸水管連接輸水閥門與水囊，輸水管上設(shè)置壓力表 監(jiān)測(cè)水壓； 空壓機(jī)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出壓力，輸出壓力范圍為0?5MPa ; 所述的輸水管通過(guò)一個(gè)活節(jié)與進(jìn)入到水囊內(nèi)的連接管相連，所述的連接管下部焊接底 盤，連接管底盤與水囊圓形開(kāi)口部位粘接。
6. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 的水囊采用薄壁的橡膠材料制成，水囊形狀為圓柱形，中間設(shè)置圓形開(kāi)口； 所述的水囊的四周為試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁，水囊直徑與試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)徑相等，水囊高度與 所填圍巖介質(zhì)和頂蓋之間的距離相等，從而保證水囊與試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁和所填圍巖介質(zhì)的貼 合； 試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁承受水囊加壓過(guò)程中產(chǎn)生的反力作用，試驗(yàn)臺(tái)架的頂蓋設(shè)置垂直交叉的 肋板。
7. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 供水系統(tǒng)包括空壓機(jī)、水泵、水力承壓筒和加壓水箱，水力承壓筒為鋼制圓柱形承壓筒，承 壓筒上部設(shè)置兩個(gè)閥門，下部設(shè)置一個(gè)閥門，其中一個(gè)上部閥門與空壓機(jī)上的壓力調(diào)節(jié)器 通過(guò)輸氣軟管連接，空壓機(jī)為水力承壓筒提供穩(wěn)定的空氣動(dòng)力，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器控制 輸出壓力，輸出壓力范圍為〇?1. 5MPa ;水力承壓筒的另一個(gè)上部閥門與水泵通過(guò)輸水軟 管連接，下部閥門與加壓水箱通過(guò)輸水軟管連接，在輸水軟管上設(shè)置P-Q-t記錄儀并與電 腦連接，實(shí)時(shí)記錄壓力、流量隨時(shí)間的變化； 加壓水箱為扁平狀的水箱，水箱上部與水力承壓筒通過(guò)輸水軟管連接，水箱下部等間 距密布排水孔；在模型試驗(yàn)過(guò)程中，加壓水箱預(yù)置在斷層介質(zhì)的上部，水箱底面積與斷層介 質(zhì)在水平面上的截?cái)嗝娣e相同，保證加壓水箱與斷層介質(zhì)有最大的接觸面積，從而使模型 試驗(yàn)過(guò)程中水壓更均勻。
8. 如權(quán)利要求1所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 注漿系統(tǒng)包括兩對(duì)前后設(shè)置的分段注漿器，其中一對(duì)分段注漿器對(duì)應(yīng)于隧道開(kāi)挖后的圍巖 注漿加固區(qū)域，另一對(duì)分段注漿器對(duì)應(yīng)于隧道開(kāi)挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域；每個(gè)分段 注漿器均包含一根堅(jiān)直的注漿管，注漿管上并聯(lián)有三根分別與隧道開(kāi)挖后的圍巖注漿加固 區(qū)域或隧道開(kāi)挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域相對(duì)應(yīng)的注漿軟管，每?jī)筛{軟管之間的注 漿管中設(shè)有一注漿分隔器，注漿管的進(jìn)口與注漿泵相連； 所述注漿分隔器為邊緣帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與注漿管的外徑相同，將 薄片鋸齒彎折后套入注漿管端部，并利用粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器的注 漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的注漿管通過(guò)接頭連接，從而固定注漿分隔器。
9. 如權(quán)利要求8所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 注漿管為PVC材質(zhì)，注漿管下端口通過(guò)PVC接箍與鋼制絲管連接，鋼制絲管穿過(guò)底板并與底 板焊接連接； 所述鋼制絲管下端通過(guò)活節(jié)與注漿管路相連，注漿管路與注漿泵相連； 所述圓形薄片為厚度為〇. 23mm的鋁制薄片，該鋁制薄片能夠承受IMPa的注漿壓力，完 全滿足模型試驗(yàn)對(duì)注漿壓力的要求； 所述注漿軟管采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口，注漿軟管與注漿管 通過(guò)PVC變徑連接。
10. 如權(quán)利要求8所述的隧道突水突泥與注漿處治三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，相對(duì) 的兩根注漿軟管布置在同一直線上，兩對(duì)前后設(shè)置的分段注漿器共12根注漿軟管呈正六 棱柱以隧道為中心布置。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK203881738SQ201420222070
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張連震, 張慶松, 李術(shù)才, 王德明, 王凱, 王剛, 李相輝, 鄭東柱 申請(qǐng)人:山東大學(xué)