一种浅埋隧道病害模拟综合试验平台

1.本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种浅埋隧道病害模拟综合试验平台。


背景技术：

2.隧道所在的地质条件复杂多变，保障复杂地质条件下在役隧道的安全运营，是国民经济建设中的重要需求。而按照“因地制宜、综合整治和保护环境”的总体原则，及时诊断并治理隧道运营过程中的病害，是保障隧道安全运营的关键所在。为了更好的开展隧道灾害发生机制、治理措施等研究工作，需要建设隧道病害模拟综合试验平台，在平台上模拟各类隧道常见病害，以开展治理措施的研发。
3.目前，国内地下工程模拟试验平台在主要有：招商局重庆交通科研设计院有限公司的交通隧道多功能工程实验系统、装配式病害隧道试验系统、实体试验隧道系统；山东大学岩土与结构工程研究中心的隧道超前地质预报物理试验系统、三维地质力学模型试验平台等。
4.但是，上述已有的模拟试验平台还存在诸多不足，并不能真实的模拟隧道病害。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种浅埋隧道病害模拟综合试验平台，实现了考虑降雨入渗、倾斜地下水位、偏载效应、地表局部荷载对隧道衬砌的影响。
6.本发明采用以下技术方案：一种浅埋隧道病害模拟综合试验平台，包括：
7.试验基坑，为一下挖的上部敞口的长方体基坑；
8.岩土体相似材料，填设于试验基坑内，且其上部面为倾斜状；
9.隧道相似模型，开挖于岩土体相似材料内的中部，且沿试验基坑的长度走向设置；
10.基坑底水管阵列，包括多组水管，并列铺设于试验基坑内的底部，其中，每组水管具有一个进口端和一个出口端，其出口端用于将水导入试验基坑内，并溢入岩土体相似材料内；
11.供水系统，与基坑底水管阵列的进水端相连通，用于向基坑底水管阵列供水，且调节试验基坑内隧道相似模型一侧的水位高度；
12.排水系统，将验基坑内的水由隧道相似模型的另一侧排水，且可在不同的水位线下排放；供水系统和排水系统相配合供水和排水，用于调节试验基坑内的水位，使隧道相似模型处在不同的水位作用下。
13.进一步地，该供水系统包括：进水井，竖直开挖于试验基坑的一侧，且其深度与试验基坑深度相同；水箱，悬吊于进水井内，可在进水井内沿竖直方向上下移动，其与基坑底水管阵列的进水端相连通；水箱，用于向基坑底水管阵列供水，且箱在进水井内的竖直高度，控制了试验基坑内，且位于进水井侧的水位的高度。
14.进一步地，该排水系统包括：排水井，竖直开挖于试验基坑的另侧，且其深度不小于试验基坑深度；
15.排水管，为多个，均成水平向，设置于试验基坑和排水井间，多个排水管在竖直方向上间隔排布，两端口连通试验基坑和排水井，其中，位于排水井内的一端为出水口，各排水管的出水口不同时打开，且在某一排水管的出水口打开时，用于排出试验基坑内的水，且使试验基坑内的水位于排水管的高度。
16.进一步地，在试验基坑内，其排水井和进水井侧的水位不在同一水平面。
17.进一步地，在试验基坑内的底部，且位于岩土体相似材料下部铺设有透水砂石层，透水砂石层用于反滤试验基坑内的水。
18.进一步地，在试验基坑的正上方设置有降水喷淋管阵列，用于模拟降雨、不同降雨时间、不同降雨模式的降雨工况，向试验基坑内降水。
19.进一步地，降水喷淋管阵列包括多根并列设置的水管，在各水管的下部均间隔开设有多个喷淋口；各水管均已外接水源相连通。
20.进一步地，在试验基坑上部设置有敞口地锚反力梁，地锚反力梁跨设于试验基坑上部敞口，其通过竖直设置的千斤顶与岩土体相似材料相连接，千斤顶的底部设置有加载板，千斤顶自身收缩，用于实现对土体相似材料上的荷载加载，以模拟隧道上部土层、山体外部的地表外荷载、不均匀沉降等条件导致的隧道病害。
21.进一步地，在土体相似材料内，且靠近隧道相似模型处埋设有测试设备。
22.进一步地，在土体相似材料内，且靠近隧道相似模型处埋设有溶洞缺陷。
23.本发明的有益效果是：1.设置降雨模拟系统，模拟降雨入渗对浅埋隧道衬砌结构的病害。2.以考虑地下水位变化对衬砌的危害，实现了控制倾斜水位线的调节能力。3.考虑起伏地形的偏载对浅埋隧道衬砌的影响。4.考虑地表局部荷载对浅埋隧道衬砌的影响。
附图说明
24.图1为一种浅埋隧道病害模拟综合试验平台的结构示意图；
25.其中，100-试验基坑；200-自来水；201-水箱；202-带水箱提升机的进水井；203-透水砂石；204-基坑底水管阵列；205-基坑侧水管阵列；206-打开的排水管；207-关闭的排水管；208-排水井；209-排水泵；210-水位线；300-降水喷淋管阵列；400-地锚反力梁；401-千斤顶；402-加载板；201-隧道相似模型；502-岩土体相似材料；504-溶洞缺陷；505-测试设备。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
27.本发明一种浅埋隧道病害模拟综合试验平台，如图1所示，包括：试验基坑100，为一下挖的上部敞口的长方体基坑，试验基坑100的底部和四周由现浇钢筋混凝土或型钢加固钢筋混凝土构成。岩土体相似材料502，填设于试验基坑100内，且其上部面为倾斜状，岩土体相似材料502可选择两种或多种，具体根据实际需求选择，如模拟粉土的岩土体相似材料和模拟粘土的岩土体相似材料，模拟粉土的岩土体相似材料位于试验基坑100内的底部，模拟粘土的岩土体相似材料位于模拟粉体的岩土体相似材料上部，两者相邻的界面并不是平齐状，可设置为高低起伏状，即下部的模拟粉土的岩土体相似材料的上部不是水平平齐状。
28.隧道相似模型201，开挖于岩土体相似材料502内的中部，且沿试验基坑100的长度走向设置。
29.上述隧道相似模型201与实际隧道相似比约为1：3～5；隧道相似模型201的跨度约为2～4m，再考虑三倍洞径原则，基坑跨度大于5-7倍的隧道的跨度，试验基坑100的跨度为15m左右；试验基坑100的深度为隧道相似模型3-5倍。
30.基坑底水管阵列204，包括多组水管，并列铺设于试验基坑100内的底部，其中，每组水管具有一个进口端和一个出口端，其出口端用于将水导入试验基坑100内，并溢入岩土体相似材料502内；各组水管可以是蛇形管。
31.包括：供水系统，与基坑底水管阵列204的进水端相连通，用于向基坑底水管阵列204供水，且调节试验基坑100内隧道相似模型201一侧的水位高度；排水系统，将验基坑100内的水由隧道相似模型201的另一侧排水，且可在不同的水位线下排放。
32.供水系统和排水系统相配合供水和排水，用于调节试验基坑100内的水位，使隧道相似模型201处在不同的水位作用下。
33.上述供水系统包括：进水井202，竖直开挖于试验基坑100的一侧，且其深度与试验基坑100深度相同；水箱201，悬吊于进水井202内，可在进水井202内沿竖直方向上下移动，其与基坑底水管阵列204的进水端相连通；，在进水井202口设置有提升机，用于提升水箱201；水箱201，用于向基坑底水管阵列204供水，且水箱201在进水井202内的竖直高度，控制了试验基坑100内，且位于进水井202侧的水位的高度。水箱201与水源200管路连通。实际施工时，进水井202可间隔开挖多个，各进水井202内均设置有水箱201，水箱201与对应的水管相连通。
34.上述排水系统包括：排水井208，竖直开挖于试验基坑100的另侧，且其深度不小于试验基坑100深度；在所述排水井208内设置有排水泵209。排水管206，为多个，均成水平向，设置于试验基坑100和排水井208间，多个排水管206在竖直方向上间隔排布，两端口连通试验基坑100和排水井208，其中，位于排水井208内的一端为出水口，各排水管206的出水口不同时打开，且在某一排水管206的出水口打开时，用于排出试验基坑100内的水，且使试验基坑100内的水位于排水管206的高度。在试验基坑100内，其排水井208和进水井202侧的水位不在同一水平面，在岩土体相似材料502内形成一倾斜的水位线210。
35.在试验基坑100内的底部，且位于岩土体相似材料502下部铺设有透水砂石层203，透水砂石层203用于反滤试验基坑100内的水。
36.在试验基坑100的正上方设置有降水喷淋管阵列300，用于模拟降雨、不同降雨时间、不同降雨模式的降雨工况，向试验基坑100内降水。降水喷淋管阵列300包括多根并列设置的水管，在各水管的下部均间隔开设有多个喷淋口；各水管均已外接水源相连通。
37.在试验基坑100上部设置有敞口地锚反力梁400，地锚反力梁400跨设于试验基坑100上部敞口，其通过竖直设置的千斤顶401与岩土体相似材料相连接，千斤顶401的底部设置有加载板402，千斤顶401自身收缩，用于实现对土体相似材料503上的荷载加载，以模拟隧道上部土层、山体外部的地表外荷载、不均匀沉降等条件导致的隧道病害。
38.在土体相似材料503内，且靠近隧道相似模型201处埋设有测试设备505，如压力盒、渗流计等，以测出隧道相似模型201处的压力或者渗流水量。在土体相似材料503内，且靠近隧道相似模型201处埋设有溶洞缺陷。