(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210816085.5 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中铁二院工程 集团有限责任公司 地址 610000 四川省成 都市金牛区通锦路 三号 (72)发明人 吴林　何昌国　封坤　甄文战　 周子扬　喻渝　吴柏翰　黄棋　 齐春　汤印　曾勤　胖涛　林刚　 赵万强　张永平　谭永杰　 (74)专利代理 机构 成都希盛知识产权代理有限 公司 512 26 专利代理师 张行知 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01)E21D 9/06(2006.01) (54)发明名称 盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机 构及试验方法 (57)摘要 本发明涉及一种盾构隧道与地层复合体模 拟试设备， 公开了一种盾构隧道与地层复合体模 拟试验用卧式加载机构。 本发明公开的盾构隧道 与地层复合体模拟试验用加载机构， 包括基座、 土体箱和隧道模 型， 隧道模型设置于土体箱的土 体内， 基座上对应土体箱内的土体 设置有加压机 构， 该加载机构还包括膨胀模拟系统和压力监测 系统， 膨胀模拟系统包括膨胀土袋、 输水管和供 水设备， 土体内设置有至少一个膨胀土袋， 输水 管一端与膨胀土袋内部相连接， 另一端与供水设 备相连接， 压力监测系统包括压力传感器和数据 采集仪器， 隧道模型外设置有压力传感器， 压力 传感器与数据采集仪器相连接。 该加载机构能够 模拟掺杂有膨胀岩等膨胀材料的复合地层对隧 道施压情形的。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115326581 A 2022.11.11 CN 115326581 A 1.盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 包括基座(1)、 土体箱(8)和隧道模型 (7)， 所述土体箱(8)设于所述基座(1)内， 所述土体箱(8)内设置有土体(9)， 所述隧道模型 (7)设置于土体(9)内， 所述基座(1)上对应土体箱(8)内的土体(9)设置有加压机构， 其特征 在于， 还包括膨胀模拟系统和 压力监测系统， 所述膨胀模拟系统包括膨胀土袋(6)、 输水管 (10)和供水设备(15)， 所述土体(9)内设置有至少一个所述膨胀土袋(6)， 所述输水管(10) 一端与膨胀土袋(6)内部相连接， 另一端与供水设备(15)相连接， 所述压力监测系统包括压 力传感器(65)和数据采集仪器(16)， 所述隧道模型(7)外设置有 所述压力传感器(65)， 所述 压力传感器(6 5)与数据采集仪器(16)相连接 。 2.如权利要求1所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 膨胀土袋(6)包括第一弹性膜(61)和第二弹性膜(62)， 所述第一弹性膜(61)上设有若干个 透水孔， 所述第二弹性膜(62)隔水结构， 所述第一弹性膜(61)包裹于第二 弹性膜(62)内， 所 述膨胀土(63)装填于第一弹性膜(61)内， 所述输水管(10)的端口设置于第一弹性膜(61)和 第二弹性膜(62)之间。 3.如权利要求2所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 第一弹性膜(61)和第二弹性膜(62)均为弹性PE膜。 4.如权利要求1所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 加压机构包括反力梁(3)、 横向千斤顶(2)和竖向千斤顶(5)， 所述横向千斤顶(2)设置于土 体箱(8)的四周， 所述土体箱(8)的四周的箱体板(81)与基座(1)活动配合， 所述横向千斤顶 (2)连接于四周的箱体板(81)与基座(1)之间， 所述反力梁(3)设置于土体箱(8)上方并与基 座(1)相连接， 所述土体箱(8)顶部设置有压板(4)， 所述竖向千斤顶(5)设置于压板(4)与反 力梁(3)之间。 5.如权利要求4所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 隧道模型(7)竖向设置， 所述压板(4)对应隧道模型(7)顶部端口设有中心通孔且所述中心 通孔的孔径大于所述隧道模型(7)的外径。 6.如权利要求5所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 输水管(10)从压 板(4)的中心通 孔与隧道模型(7)之间穿过延伸入土体箱(8)。 7.如权利要求1所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 输水管(10)上设置有流量检测装置(13)和流量控制装置(12)， 所述流量检测装置(13)和流 量控制装置(12)均连接有控制装置(14)。 8.如权利要求1所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构， 其特征在于： 所述 膨胀土袋(6)外表面设置有与数据采集仪器(16)相连接的压力传感器(6 5)。 9.采用如权利要求1 ‑7任一项所述的盾构隧道与地层复合体模拟试验用加载机构的试 验方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 根据盾构隧道所在区域的膨胀材料的分布确定膨胀土袋(6)的数量和位置， 并设置相 应的膨胀土袋(6)； 通过加压 机构向土体箱(8)加压， 使土体箱(8)内保持预设压力； 通过输水 管(10)向膨胀土袋(6)中注水， 使膨胀土袋(6)内的膨胀土(6 3)膨胀； 通过数据采集仪器(16)检测隧道模型(7)外 压力传感器(6 5)的数据。 10.如权利要求9所述的试验方法， 其特征在于， 所述膨胀土袋(6)外表面设置有与数据权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326581 A 2采集仪器(16)相连接的压力传感器(65)， 所述输水管(10)上设置有流量检测装置(13)和流 量控制装置(12)， 所述 流量检测装置(13)和流 量控制装置(12)均连接有控制装置(14)； 在向膨胀土袋(6)中注水 时， 通过膨胀土袋(6)外表面的压力传感器(65)测量膨胀力的 大小， 通过输水管(10)上的流量检测装置(13)和流量控制装置(12)监测并控制注水量， 使 膨胀土袋(6)的当前测量的膨胀力大小和预设的膨胀力大小相等。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326581 A 3