一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置的制作方法

技术特征：
1.一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于，包括试验底座(1)、立柱(2)、矩形框架(3)、横行纵梁(4)、模型槽(5)、轨道系统(6)、注浆系统、隧道盾构系统和数据采集系统；所述试验底座(1)的上表面布置有轨道系统(6)；所述轨道系统(6)包括模型槽轨道(601)和模型槽承载台(602)；所述模型槽承载台(602)可沿模型槽轨道(601)移动；所述模型槽承载台(602)上表面布置有模型槽(5)；所述模型槽(5)为上端敞口的矩形箱体；所述模型槽(5)的一侧侧壁上设置有隧道口(501)和若干螺丝孔ⅰ(502)；所述螺丝孔ⅰ(502)围绕在隧道口(501)旁侧；所述模型槽(5)和模型槽承载台(602)均采用透明材料制成；所述模型槽(5)中填筑透明土试样；所述透明土试样中布置有地下结构模型；所述试验底座(1)的上表面还布置有若干根立柱(2)；所述矩形框架(3)架设在立柱(2)上方；所述矩形框架(3)包括两根横梁和两根纵梁；所述横梁的长度方向与模型槽轨道(601)的长度方向平行；所述纵梁的长度方向与模型槽轨道(601)的长度方向垂直；所述两根横梁的上表面设置有滑轨(301)；所述横行纵梁(4)架设在两根横梁之间；所述横行纵梁(4)可沿滑轨(301)移动；所述横行纵梁(4)沿长度方向设置有引拔导向槽(401)；所述注浆系统包括注浆器(7)和双液注浆装置(14)；所述注浆器(7)包括二自由度机械臂、引拔(702)和注浆针头(705)；所述引拔(702)套设在二自由度机械臂上；所述二自由度机械臂可通过引拔(702)在竖直方向移动；所述二自由度机械臂具有内腔；所述注浆针头(705)设置在二自由度机械臂末端；所述引拔(702)通过引拔导向槽(401)嵌设于横行纵梁(4)上；所述引拔(702)可沿引拔导向槽(401)自由滑动；所述双液注浆装置(14)包括空气压缩机(1401)、两个储液罐(1402)、输气管道(1403)、出液管道(1404)和注浆管道(1405)；所述输气管道(1403)连通空气压缩机(1401)与储液罐(1402)的注浆孔；所述出液管道(1404)连通注浆管道(1405)与储液罐(1402)的出浆孔；所述注浆管道(1405)一端与出液管道(1404)连通，另一端伸入二自由度机械臂的内腔后与注浆针头(705)连通；所述隧道盾构系统包括电控闸阀(8)、出土用模型槽(9)、隧道模型盾构装置(10)和扭转顶进装置(11)；所述出土用模型槽(9)整体为上端敞口的矩形箱体；所述出土用模型槽(9)相对的两侧侧壁上分别设置有隧道侧孔(901)和轴杆侧孔；所述隧道侧孔(901)和轴杆侧孔同轴设置，且隧道侧孔(901)的直径大于轴杆侧孔的直径；所述隧道侧孔(901)向内延伸出筒状护壁结构(902)；所述隧道侧孔(901)旁侧环绕有若干螺丝孔ⅲ(903)；所述电控闸阀(8)包括阀体(801)和螺丝(802)；所述阀体(801)的进出口通道均设置有外卷边；所述外卷边上设置若干螺丝孔ⅱ(8011)；所述阀体(801)的进口通道与隧道口(501)连通；螺丝(802)依次穿过螺丝孔ⅰ(502)和螺丝孔ⅱ(8011)，将电控闸阀(8)与模型槽(5)固定连接；所述阀体(801)的出口通道与隧道侧孔(901)连通；螺丝(802)依次穿过螺丝孔ⅲ(903)和螺丝孔ⅱ(8011)，将电控闸阀(8)与出土用模型槽(9)固定连接；所述隧道模型盾构装置(10)包括轴杆(1001)、外壁(1002)、切盘(1003)、隔板(1004)和密封橡胶圈ⅲ(1005)；所述轴杆(1001)、外壁(1002)、切盘(1003)和隔板(1004)均采用透明材料制成；所述外壁(1002)为两端敞口的中空圆筒；所述切盘(1003)整体为圆盘；所述切盘(1003)的中心设置有连接口(10032)；所述连接口(10032)的方连接口(10032)周围设置若
干切料口(10031)；所述轴杆(1001)整体为圆杆；所述轴杆(1001)的伸入端设置有连接凸起ⅰ(10011)；所述轴杆(1001)的伸出端设置有连接凸起ⅱ(10012)；所述连接凸起ⅰ(10011)嵌固在连接口(10032)中；所述轴杆(1001)上套设有隔板(1004)和密封橡胶圈ⅲ(1005)；所述轴杆(1001)容置在外壁(1002)的内腔中；所述切盘(1003)将外壁(1002)的一端敞口封堵；所述轴杆(1001)的伸出端伸出外壁(1002)的另一端敞口；所述隔板(1004)的外圆周与外壁(1002)的内壁接合；所述隔板(1004)将外壁(1002)的内腔分隔为平衡仓(10021)和出土仓(10022)；所述隔板(1004)的板面上设置有出土口(10041)；所述隧道模型盾构装置(10)容置在筒状护壁结构(902)中；所述密封橡胶圈ⅲ(1005)紧贴模型槽(9)的内壁；所述连接凸起ⅱ(10012)伸出轴杆侧孔后与扭转顶进装置(11)连接；所述数据采集系统包括土压计、激光发射器、cdd相机、应变片和计算机(13)；所述土压计预先埋置于透明土试样中；所述应变片预先贴敷在地下结构模型上；所述激光发射器和cdd相机布置在模型槽(5)外侧；所述激光发射器发射的激光在透明土试样中形成激光平面；所述cdd相机的拍摄方向位于激光平面的法线方向；所述土压计、激光发射器、cdd相机、应变片均与计算机(13)电性连接；工作时，所述模型槽(5)通过轨道系统(6)运送至指定位置；所述注浆系统模拟注浆试验；所述隧道盾构系统模拟隧道盾构开挖试验；所述数据采集系统记录试验结果。2.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述模型槽承载台(602)具有至少两根轨道轮轴；所述轨道轮轴的两端转动连接有滑轮(603)；所述滑轮(603)用于在模型槽轨道(601)上移动。3.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述阀体(801)与模型槽(5)以及出土用模型槽(9)的接合位置处布置有密封橡胶圈ⅱ(804)；所述螺丝(802)头部与模型槽(5)以及出土用模型槽(9)的接合位置处布置有密封橡胶圈ⅰ(803)。4.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述输气管(1403)的管路上连接有压力传感器(14031)和电控调节阀(14032)。5.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述空气压缩机(1401)具有操作面板(14011)。6.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述储液罐(1402)与出液管道(1404)的接合位置处均安装有电控调节阀。7.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述隧道模型盾构装置(10)的表面涂覆有抗反射涂层。8.根据权利要求1所述的一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述激光发射器为片光激光器；所述激光发射器的波长为532nm；所述激光发射器的输出功率为2w、3w或5w。

技术总结
发明提供一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置。该试验装置包括试验底座、立柱、矩形框架、横行纵梁、隧道专用透明土模型槽、模型槽轨道、注浆系统和隧道盾构系统。矩形框架位于试验底座正上方且两者之间通过若干立柱连接，试验底座上安装有模型槽轨道，隧道专用透明土模型槽滑动安装在模型槽轨道上，注浆器安装在横行纵梁上，通过注浆管道与双液注浆装置相连，隧道盾构系统安装在试验底座上。本发明将注浆装置和隧道盾构开挖装置组合在一个装置中，可同时模拟注浆和隧道盾构开挖工况，提高了试验装置的功能性和利用率；同时，采用自动化轨道，减少了试验模型和弃料的搬运工作量。作量。作量。


技术研发人员：周航 刘汉龙 童龙勇 王增亮 肖杨 陈育民
受保护的技术使用者：重庆大学溧阳智慧城市研究院
技术研发日：2021.06.10
技术公布日：2021/10/8