专利名称：一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于土木工程技术领域，是一种用于砂卵石地层盾构掘进施工引起环境振动试验模型装置。
背景技术：
随着城市的扩张和发展，轨道交通已成为缓解交通拥挤和改善人们出行的最佳选择，城市轨道交通都会通过建筑物和人口密集的城市区域，建设过程中对周围环境影响也越来越受人们关注。国内部分城市(如北京、成都等)的砂卵石地层具有埋深浅、颗粒粒径大、级配良好、结构紧密的特点，区间隧道盾构设备在掘进过程中刀盘刀具与砂卵石颗粒碰撞诱发振动容易传至地表，不仅扰民，产生较大的环境社会影响，而且当振幅较大、频率较低时可能会对地面建筑具有造成破坏、产生不均匀沉降等风险。施工现场量测是环境影响分析的常用方法，但受现场条件限制，同时量测工况单一，难以从不同刀盘形式及颗粒粒径、隧道覆土深度、刀盘转速等方面来说明振动的产生机理。

发明内容
本发明旨在提供一种用于砂卵石地层盾构掘进施工引起环境振动试验模型装置，该装置具有可靠性和扩展性强，操作性良好的特点，可用于研究不同刀盘形式、颗粒粒径、覆土深度、刀盘转速等因素对盾构掘进引起环境振动的影响。具体技术方案如下:包括无顶盖方形透明模型箱、电机、以及金属刀盘，无顶盖方形透明模型箱包括角钢边立柱(I)、角钢横梁(2)、侧面板(3)，其特征在于:对于模型箱的一块侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱(4)，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，可拆卸部分分为可拆卸方形铝合金板(5)和可拆卸条形铝合金板(6)，金属刀盘与可拆卸方形铝合金板(5)连接，通过改变可拆卸方形铝合金板(5)和可拆卸条形铝合金板(6)的上下位置组合来调整金属刀盘的位置；电机带动金属刀盘在无顶盖方形透明模型箱内旋转，金属刀盘由金属圆盘(8)和多个U型金属刀具(10)组成，U型金属刀具(10)沿金属圆盘(8)的不同直径方向排列，任意两直径夹角相等。可拆卸方形铝合金板(5)和可拆卸条形铝合金板(6)选用铝合金板。所述的电机(9)为可变速电机。所述的圆筒(7)为镀锌铁皮材质。金属圆盘(8)选用圆形不锈钢板。U型金属件(8)选用不锈钢切割打磨而成。U型金属刀具(10)通过螺栓与金属圆盘固定，U型金属刀具(10)通过不同的组合模拟不同形式的刀盘。金属刀盘与可拆卸方形铝合金板(5)通过镀锌铁皮圆筒连接。
有益效果本发明所述模型箱装置可模拟砂卵石地层盾构隧道掘进施工引起的环境振动，用于研究不同刀盘形式、颗粒粒径、覆土深度、刀盘转速等因素对盾构掘进引起环境振动的影响，成本低廉、可操作性好、可靠性高。


图1:本发明结构示意图；图2:实施例中模型箱装置正视图；图3:实施例中模型箱装置俯视图；图4:镀锌铁皮圆筒构造示意图；图5:金属刀盘正面图；图6:U型金属刀具正面7:U型金属刀具侧面中:角钢边立柱(1)，角钢横梁(2)，侧面板(3)，竖向角钢中立柱(4)，可拆卸条形铝合金板(5)，可拆卸方形铝合金板(6)，镀锌铁皮圆筒(7)，金属刀盘(8)，可变速电机
(9)，U型金属刀具(10)。
具体实施方式
:无顶盖方形透明模型箱包括角钢边立柱(I)、角钢横梁(2)、侧面板(3)，对于模型箱的一块侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱(4)，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，侧面板中不可拆卸部分所均选用亚克力板，可拆卸部分面板采用2_厚铝合金板。可拆卸部分分为一块可拆卸方形板(6)和八块可拆卸条形板(5)，其中可拆卸方形板规格为400mmX400mm,可拆卸方形板中心开孔直径200mm,可拆卸长条形板规格为400mmX 100mm,可通过上下位置组合来调整可拆卸方形板位置，模型箱框架由L70*5角钢焊接而成，所有板块均通过螺栓与角钢固定；选用透明模型箱易于拍照与观察箱内金属刀盘附近颗粒振动幅度变化。镀锌铁皮圆筒(7)采用1.5mm厚镀锌铁皮制作，一端与可拆卸方形板(6)焊接成整体，一端在其中心焊有一转轴与可变速电机相连。金属刀盘(8)为5mm厚圆形不锈钢钢板,并在钢板上钻取直径3mm的圆孔，圆孔排列和数量按附图5设置，将U型金属刀具(9)通过M2.5螺丝与金属圆盘连接固定，组成刀盘；可以将圆盘分成三、四、六等分，构成三、四、六幅的刀盘，U型金属刀具(10)沿金属圆盘直径方向放置。研究在不同的刀盘下的盾构掘进引起环境振动的影响。金属圆盘背面中心处焊接一转轴，在金属圆盘背面刻槽，镀锌铁皮圆筒卡在槽内并用机油润滑，转轴与可变速电机相连，由可变速电机驱动金属圆盘转动，模拟盾构刀盘旋转切割土体。模型箱内铺设级配砂石后，可在刀盘前方土中及表面安置速度与加速度传感器，用于振动测量。通过可拆卸条形板和可拆卸方形板，调整上下位置以改变镀锌铁皮圆筒在模型箱中垂直向位置，模拟盾构隧道的覆土深度变化；通过U型金属刀具的不同形式组合，模拟不同形式刀盘；通过调整可变速电机转速和级配砂石颗粒，可模拟不同转速和颗粒粒径变化，以实现多工况、多因素下砂卵石地层盾构掘进引起的环境振动研究。
权利要求
1.一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，包括无顶盖方形透明模型箱、电机、以及金属刀盘，无顶盖方形透明模型箱包括角钢边立柱(I)、角钢横梁(2)、侧面板(3)，其特征在于:对于模型箱的一块侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱(4)，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，可拆卸部分分为可拆卸方形铝合金板(6)和可拆卸条形铝合金板(5)，金属刀盘与可拆卸方形铝合金板(6)连接，通过改变可拆卸方形铝合金板(6)和可拆卸条形铝合金板(5)的上下位置组合来调整金属刀盘的位置；电机带动金属刀盘在无顶盖方形透明模型箱内旋转，金属刀盘(8)由金属圆盘和多个U型金属刀具(10)组成，U型金属刀具(10)固定于金属圆盘上。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:所述的U型金属刀具(10)沿金属圆盘的不同直径方向排列，任意两直径夹角相等。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:可拆卸方形铝合金板(6)和可拆卸条形铝合金板(5)选用铝合金板。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:所述的电机(9)为可变速电机。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:金属圆盘选用圆形不锈钢板。
6.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:u型金属刀具(10)选用不锈钢切割打磨而成。
7.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:u型金属刀具(10)通过螺栓与金属圆盘固定，U型金属刀具(10)通过不同的组合模拟不同形式的刀盘。
8.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，其特征在于:金属刀盘与可拆卸方形铝合金板(6)通过镀锌铁皮圆筒(7)连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于模拟砂卵石地层盾构掘进振动的试验装置，包括无顶盖方形透明模型箱、电机、以及金属刀盘，无顶盖方形透明模型箱包括角钢边立柱、角钢横梁、侧面板，对于模型箱的一块侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，可拆卸部分分为可拆卸方形铝合金板和可拆卸条形铝合金板，金属刀盘与可拆卸方形铝合金板连接，通过改变可拆卸方形铝合金板和可拆卸条形铝合金板的上下位置组合来调整金属刀盘的位置；电机带动金属刀盘在无顶盖方形透明模型箱内旋转，金属刀盘由金属圆盘和多个U型金属刀具组成，U型金属刀具沿金属圆盘的不同直径方向排列，任意两直径夹角相等。
文档编号G01H17/00GK103115669SQ20131002445
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者陶连金, 黄 俊, 郭飞 申请人:北京工业大学