超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法与流程

本发明涉及盾构，尤其是涉及超大直径盾构模拟试验，具体涉及一种超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法。

背景技术：

1、

2、近年来出现多项盾构隧道穿越人工水库的工程案例，水库的人造结构给盾构隧道施工控制技术带来个更高的要求，通过盾构模型试验对盾构穿越水库进行研究是提升相关技术的重要手段。被穿越水库的库底结构一般分为两种类型，一种是由混凝土硬化形成的刚性结构，一种是由粘土等低渗透性材料铺垫形成的柔性结构。通常小型水库可采用混凝土结构形成水库库底，大型水库往往采用低渗透性粘土铺设成为库底防渗结构。在超大直径盾构穿越水库的模型试验中，目前还无法对地表的柔性水库结构进行模拟，也无相应的试验装置，使得盾构穿越既有水库的模型试验无法实现，相关的试验方法也处于空白状态。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，在弱渗透试验纸上表面铺设试验砂层，与弱渗透试验纸形成弱渗透结构层。模拟地表具有柔性库底结构的水库赋存状态，通过调节组成材料参数调整渗透性及结构强度等对水库进行模拟，从而保障盾构穿越水库模型试验的顺利实施，满足对相关施工技术进行研究的需求。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，包括以下步骤：

4、s01、调查收集盾构所穿越地表水库库底柔性结构的修建参数，通过土工试验测量水库底部铺设防渗粘土层的渗透系数 k、强度 e和厚度 h。

5、s02、选择盾构模型试验机和模型箱，根据盾构模型试验机和模型箱尺寸确定模型试验的几何相似比 c l，计算出弱渗透结构层的目标参数，所述目标参数包含渗透系数 k m、强度 e m和厚度 h m，所述目标参数的公式计算为：

6、

7、

8、；

9、s03、利用室内渗透率试验和剪切试验，采用正交试验调试选取合适的弱渗透试验纸材质和试验砂级配，确定弱渗透试验纸和试验砂的制备材料；

10、s04、在模型箱内的下部填装试验土形成供盾构模型试验机穿过的试验土层；

11、s05、在试验土层的顶面铺设弱渗透试验纸，在弱渗透试验纸上表面铺设试验砂层，与弱渗透试验纸形成弱渗透结构层；

12、s06、在模型箱内注入清水，实现地表水库库底柔性结构的模拟。

13、进一步的，在步骤s05中，在试验土层的顶面安装有矩形持力框，矩形持力框钢板外围尺寸的长、宽小于模型箱的尺寸。

14、进一步的，所述矩形持力框由上、中、下三层的矩形中空钢板组成，所述矩形中空钢板的四条边上设有多个螺丝孔用于穿引长螺栓进行连接。

15、进一步的，根据矩形持力框尺寸制作整张的弱渗透试验纸，并将弱渗透试验纸通过螺栓孔固定在中、上层的矩形中空钢板之间，用防水胶在中、上层的矩形中空钢板层间进行防水密封处理。

16、进一步的，根据模型箱尺寸制作柔性隔水围壁，先将柔性隔水围壁的底部和矩形持力框中、下层的矩形中空钢板之间用螺栓进行连接，并用防水胶在层间进行防水密封处理，柔性隔水围壁竖向铺设在模型箱的上部侧壁。

17、进一步的，所述矩形持力框的长螺栓下端往下延伸并插入试验土层内。

18、本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

19、1、在弱渗透试验纸上表面铺设试验砂层，与弱渗透试验纸形成弱渗透结构层。模拟地表具有柔性库底结构的水库赋存状态，利用室内渗透率试验和剪切试验，采用正交试验调试选取合适的弱渗透试验纸材质和试验砂级配，确定弱渗透试验纸和试验砂的制备材料，通过调节组成材料参数调整渗透性及结构强度等对水库进行模拟，从而保障盾构穿越水库模型试验的顺利实施，满足对相关施工技术进行研究的需求；

20、2、根据盾构模型试验机和模型箱尺寸确定模型试验的几何相似比 c l，计算出弱渗透结构层的目标参数，目标参数包含渗透系数 k m、强度 e m和厚度 h m，通过几何相似比来确定各个参数，保证模拟试验准确性，使本方法更加准确。

技术特征：

1.一种超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，其特征在于，在步骤s05中，在试验土层的顶面安装有矩形持力框，矩形持力框钢板外围尺寸的长、宽小于模型箱的尺寸。

3.根据权利要求2所述的超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，其特征在于，所述矩形持力框由上、中、下三层的矩形中空钢板组成，所述矩形中空钢板的四条边上设有多个螺丝孔用于穿引长螺栓进行连接。

4.根据权利要求3所述的超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，其特征在于，根据矩形持力框尺寸制作整张的弱渗透试验纸，并将弱渗透试验纸通过螺栓孔固定在中、上层的矩形中空钢板之间，用防水胶在中、上层的矩形中空钢板层间进行防水密封处理。

5.根据权利要求3所述的超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，其特征在于，根据模型箱尺寸制作柔性隔水围壁，先将柔性隔水围壁的底部和矩形持力框中、下层的矩形中空钢板之间用螺栓进行连接，并用防水胶在层间进行防水密封处理，柔性隔水围壁竖向铺设在模型箱的上部侧壁。

6.根据权利要求3-5任一项所述的超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，其特征在于，所述矩形持力框的长螺栓下端往下延伸并插入试验土层内。

技术总结本发明要解决的技术问题是提供一种超大直径盾构模型模拟地表水库库底柔性结构的方法，调查收集盾构所穿越地表水库库底柔性结构的修建参数，通过土工试验测量水库底部铺设防渗粘土层的渗透系数k、强度E和厚度h。根据盾构模型试验机和模型箱尺寸确定模型试验的几何相似比C<subgt;l</subgt;，计算出弱渗透结构层的目标参数，所述目标参数包含渗透系数k<subgt;m</subgt;、强度E<subgt;m</subgt;和厚度h<subgt;m</subgt;，在弱渗透试验纸上表面铺设试验砂层，与弱渗透试验纸形成弱渗透结构层。模拟地表具有柔性库底结构的水库赋存状态，通过调节组成材料参数调整渗透性及结构强度等对水库进行模拟，从而保障盾构穿越水库模型试验的顺利实施，满足对相关施工技术进行研究的需求。技术研发人员：杜昌言,赵世超,历朋林,史庆涛,王超,陈建福,孙警,杜光升受保护的技术使用者：中铁十四局集团大盾构工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23