一种围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱及制作方法

本发明涉及围岩变形，特别是涉及一种围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱及制作方法。

背景技术：

1、随着隧道向“长、大、深埋”等方向发展，挤压性围岩问题愈发突出，室内试验是研究挤压性围岩变形机理的重要手段之一，一般采用相似理论配置类岩土体材料模拟原岩土体，但由于常规材料不具有透明性，导致隧道开挖后围岩内部应力应变状态难以被完全观察，给科学研究带来一定的阻碍。近些年由于透明土技术的快速发展，土体内部变形的可视化得以实现，但如果还是使用传统的钢板模型试验箱进行试验，仍无法观测土体内部的位移，且目前现有的透明土模型试验箱不能实现围岩压力的自主调节，因此需要设计一种可调节围岩压力的可视化透明土模型试验箱。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱及制作方法，以解决上述现有技术存在的问题，用来研究围岩位移、应变等随隧道开挖步长、封闭距离等因素的变化规律，而且可以通过更换左右及上侧的让压板厚度，从而实现更大围岩压力的调节，进一步揭示深埋挤压性围岩的变形机理。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱，包括让压板、传力板、螺栓组件和压力盒，所述让压板包括上侧让压板、左侧让压板和右侧让压板，所述传力板包括上侧传力板、下侧传力板、左侧传力板和右侧传力板，所述下侧传力板放置在垫板上，所述左侧传力板和右侧传力板通过螺栓组件连接，所述上侧传力板和下侧传力板通过螺栓组件连接，所述左侧传力板和右侧传力板的两端分别设置有前侧隧道断面板和后侧隧道断面板；所述上侧传力板、下侧传力板、左侧传力板、右侧传力板、前侧隧道断面板和后侧隧道断面板组成模型试验箱，所述上侧传力板、左侧传力板和右侧传力板的内侧分别设置所述上侧让压板、左侧让压板和右侧让压板，透明土放置在所述模型试验箱内，且所述透明土与上侧让压板、左侧让压板和右侧让压板之间均设置有所述压力盒；所述透明土的内部也设置有压力盒。

3、优选地，所述螺栓组件包括螺纹杆、螺母和压力垫片，所述左侧传力板和右侧传力板之间通过四根横向的螺纹杆连接，四根横向的螺纹杆分别靠近左侧传力板和右侧传力板的四角设置，横向的螺纹杆的两端分别伸出所述左侧传力板和右侧传力板并通过螺母拧紧或拧松，横向的螺纹杆的端部与左侧传力板或右侧传力板之间设置有压力垫片；所述上侧传力板和下侧传力板之间通过四根竖向的螺纹杆连接，四根竖向的螺纹杆分别靠近上侧传力板和下侧传力板的四角设置，竖向的螺纹杆的两端分别伸出所述上侧传力板和下侧传力板并通过螺母拧紧或拧松，竖向的螺纹杆的端部与上侧传力板或下侧传力板之间设置有压力垫片。

4、优选地，还包括有矩形钢管，矩形钢管的数量为四根，四根所述矩形钢管分别用于对前侧隧道断面板的两端和后侧隧道断面板的两端进行抵接支撑；横向的螺纹杆两端分别穿过矩形钢管后再从左侧传力板和右侧传力板处伸出。

5、本发明还提供一种围岩压力可调的可视化透明模型试验箱的制作方法，应用于上述的围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱，包括以下步骤：

6、首先将下侧传力板放置在垫板上，通过螺纹杆、矩形钢管、压力垫片和螺母连接左侧传力板和右侧传力板，然后在左侧传力板和右侧传力板的内部前后侧分别插入前侧隧道断面板和后侧隧道断面板，拧紧螺母使得左侧传力板和右侧传力板夹紧前侧隧道断面板和后侧隧道断面板，使装置保持稳定，然后在左侧传力板和右侧传力板的内侧分别插入左侧让压板和右侧让压板，插入左侧让压板和右侧让压板后拧松横向的螺纹杆端部的螺母，此时模型试验箱组装完成；

7、然后在模型试验箱内部浇筑透明土的同时在土体内部、左侧让压板内侧、右侧让压板内侧和透明土上侧埋设压力盒，待透明土固结后，在透明土上方放置上侧让压板，并在上侧让压板上方放置上侧传力板，通过竖向的螺纹杆、螺母和压力垫片将上侧传力板和下侧传力板进行连接，通过旋转螺母调节挤压土体的距离，观测压力盒读数控制旋转螺母的程度，从而实现围岩压力的可控调节。

8、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

9、本发明的围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱及制作方法，装置部分包括让压板、传力板、螺栓组件和压力盒，首先由螺栓组件将模型箱进行拼装，然后在箱内浇筑透明土，浇筑透明土的同时在透明土内部以及左、右和上侧让压板内侧埋设压力盒，待透明土固结后，通过拧动螺母由压力垫片推着传力板和让压板向内移动挤压土体，通过压力盒读数来控制压力大小，从而实现围岩压力的自主调节。该装置可方便调节围岩压力，安全可靠、造价低，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱，其特征在于：包括让压板、传力板、螺栓组件和压力盒，所述让压板包括上侧让压板、左侧让压板和右侧让压板，所述传力板包括上侧传力板、下侧传力板、左侧传力板和右侧传力板，所述下侧传力板放置在垫板上，所述左侧传力板和右侧传力板通过螺栓组件连接，所述上侧传力板和下侧传力板通过螺栓组件连接，所述左侧传力板和右侧传力板的两端分别设置有前侧隧道断面板和后侧隧道断面板；所述上侧传力板、下侧传力板、左侧传力板、右侧传力板、前侧隧道断面板和后侧隧道断面板组成模型试验箱，所述上侧传力板、左侧传力板和右侧传力板的内侧分别设置所述上侧让压板、左侧让压板和右侧让压板，透明土放置在所述模型试验箱内，且所述透明土与上侧让压板、左侧让压板和右侧让压板之间均设置有所述压力盒；所述透明土的内部也设置有压力盒。

2.根据权利要求1所述的围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱，其特征在于：所述螺栓组件包括螺纹杆、螺母和压力垫片，所述左侧传力板和右侧传力板之间通过四根横向的螺纹杆连接，四根横向的螺纹杆分别靠近左侧传力板和右侧传力板的四角设置，横向的螺纹杆的两端分别伸出所述左侧传力板和右侧传力板并通过螺母拧紧或拧松，横向的螺纹杆的端部与左侧传力板或右侧传力板之间设置有压力垫片；所述上侧传力板和下侧传力板之间通过四根竖向的螺纹杆连接，四根竖向的螺纹杆分别靠近上侧传力板和下侧传力板的四角设置，竖向的螺纹杆的两端分别伸出所述上侧传力板和下侧传力板并通过螺母拧紧或拧松，竖向的螺纹杆的端部与上侧传力板或下侧传力板之间设置有压力垫片。

3.根据权利要求2所述的围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱，其特征在于：还包括有矩形钢管，矩形钢管的数量为四根，四根所述矩形钢管分别用于对前侧隧道断面板的两端和后侧隧道断面板的两端进行抵接支撑；横向的螺纹杆两端分别穿过矩形钢管后再从左侧传力板和右侧传力板处伸出。

4.一种围岩压力可调的可视化透明模型试验箱的制作方法，应用于权利要求1-3中任一项所述的围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种围岩压力可调的可视化透明土模型试验箱及制作方法，涉及围岩变形技术领域，装置部分包括让压板、传力板、螺栓组件和压力盒，首先由螺栓组件将模型箱进行拼装，然后在箱内浇筑透明土，浇筑透明土的同时在透明土内部以及左、右和上侧让压板内侧埋设压力盒，待透明土固结后，通过拧动螺母由压力垫片推着传力板和让压板向内移动挤压土体，通过压力盒读数来控制压力大小，从而实现围岩压力的自主调节。该装置可方便调节支护反力，安全可靠、造价低，具有良好的应用前景。

技术研发人员：刘志春,吴斐,齐冉冉,周云超,张竣猛,郭佳楠,金光硕,赵静楠,李昊
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2