本實(shí)用新型涉及隧道模型試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種穿越采空區(qū)的隧道試驗(yàn)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(guó)地形地貌復(fù)雜，采空區(qū)分布也及其復(fù)雜且難以探測(cè)，對(duì)隧道建設(shè)安全造成極大危害，如果隧道在設(shè)計(jì)與施工中探測(cè)不清，處治不當(dāng)，穿越采空區(qū)時(shí)必然給施工帶來(lái)一定的困難，增加施工風(fēng)險(xiǎn)和處治成本。采空區(qū)的存在不僅使得周?chē)鷰r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(kāi)裂，同時(shí)，采空區(qū)中瓦斯的存在也對(duì)隧道的施工造成重大的安全隱患。目前主要是通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)的手段來(lái)研究隧道穿采空區(qū)的穩(wěn)定性，而通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)研究的較少，因此，深入研究采穿越采空區(qū)的隧道實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有十分重要的意義。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在僅有的隧道開(kāi)挖模型試驗(yàn)中，針對(duì)采空區(qū)的模擬直接采用空洞模擬，并沒(méi)有考慮瓦斯存在的壓力對(duì)隧道的影響，或者考慮了氣體壓力，但沒(méi)有一種具體控制壓力大小的實(shí)驗(yàn)裝置。此外，針對(duì)隧道的模擬時(shí)，通常直接將初期支護(hù)預(yù)埋在圍巖中，然后預(yù)留出隧道孔洞，并沒(méi)有考慮采空區(qū)存在的應(yīng)力場(chǎng)及隧道開(kāi)挖支護(hù)的過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)手段解決上述問(wèn)題：一種穿越采空區(qū)的隧道試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)箱體和設(shè)置在試驗(yàn)箱體上方的加載裝置，所述試驗(yàn)箱體的縱向中部設(shè)置有初期支護(hù)，所述初期支護(hù)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(jì)、分布在氣囊周?chē)亩鄠€(gè)差動(dòng)式數(shù)顯位移計(jì)以及多個(gè)與差動(dòng)式數(shù)顯位移計(jì)一一對(duì)應(yīng)的應(yīng)變式土壓力盒，所述氣壓控制容器通過(guò)導(dǎo)氣管與氣囊連通，所述導(dǎo)氣管上設(shè)置有閥門(mén)。

進(jìn)一步，所述試驗(yàn)箱體內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚四氯乙烯板。

進(jìn)一步，所述氣囊內(nèi)設(shè)置有網(wǎng)架。

進(jìn)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(shí)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(guò)調(diào)節(jié)氣壓控制容器向氣囊內(nèi)充氣的充氣量，達(dá)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(shí)和全面。

2、本發(fā)明創(chuàng)造通過(guò)設(shè)置初期支護(hù)以及在初期支護(hù)外套設(shè)透明薄膜，可實(shí)現(xiàn)初期支護(hù)的開(kāi)挖過(guò)程，從而進(jìn)一步真實(shí)全面的模擬了隧道的受力狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

圖1為本實(shí)用新型的主看結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的側(cè)看結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，如圖1-3所示：一種穿越采空區(qū)的隧道試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)箱體1和設(shè)置在試驗(yàn)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(duì)巖土體縱橫向進(jìn)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(yàn)箱體的縱向中部設(shè)置有初期支護(hù)2，所述初期支護(hù)外套設(shè)有透明薄膜3，初期支護(hù)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(jì)6、分布在氣囊周?chē)亩鄠€(gè)差動(dòng)式數(shù)顯位移計(jì)7以及多個(gè)與差動(dòng)式數(shù)顯位移計(jì)一一對(duì)應(yīng)的應(yīng)變式土壓力盒8，所述氣壓控制容器通過(guò)導(dǎo)氣管9與氣囊連通，所述導(dǎo)氣管上設(shè)置有閥門(mén)10，為增加氣囊的強(qiáng)度，在所述氣囊內(nèi)設(shè)置網(wǎng)架12。

進(jìn)行隧道模擬受力情況分析實(shí)驗(yàn)的步驟如下：第一步，往實(shí)驗(yàn)箱體以及初期支護(hù)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(cè)點(diǎn)預(yù)埋差動(dòng)式數(shù)顯位移計(jì)以及應(yīng)變式土壓力盒，將氣壓控制容器設(shè)置在試驗(yàn)箱體外側(cè)，并安裝好導(dǎo)氣管和氣壓計(jì)；第二步，通過(guò)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(guò)差動(dòng)式數(shù)顯位移計(jì)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(hù)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(hù)，使采空區(qū)土體存在實(shí)際的臨空面狀態(tài)；第五步，通過(guò)加裝裝置向巖土體以及隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載；第六步；進(jìn)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(yàn)系統(tǒng)，一方面，利用氣囊模擬采空區(qū)，通過(guò)調(diào)節(jié)氣壓控制容器向氣囊內(nèi)充氣的充氣量，達(dá)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(shí)和全面；另一方面，通過(guò)設(shè)置初期支護(hù)以及在初期支護(hù)外套設(shè)透明薄膜，可實(shí)現(xiàn)初期支護(hù)的開(kāi)挖過(guò)程，從而進(jìn)一步真實(shí)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(jìn)一步改進(jìn)，所述試驗(yàn)箱體內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚四氯乙烯板11，以便減小試驗(yàn)箱體的邊界摩擦效應(yīng)。

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