海底隧道新型可拓展突水模型试验系统的研制及应用

摘要

基于流固耦合模型试验系统的研究现状及存在问题,以青岛胶州湾海底隧道F4–4断层为研究对象,研制海底隧道新型可拓展突水模型试验系统。该系统由可拓展模型试验台架、涌水量采集量测装置及水位自动提升加载装置组成。试验台架采用高强度钢材及钢化玻璃为主体材料,由多榀独立钢构件及内部高强钢化玻璃观察室栓接组合而成,实现试验过程的可视化并兼具美观性,并可根据试验需要通过多组预留螺栓孔进行纵向尺寸拓展,能够实现对断层等不良地质体的模拟;涌水量采集量测装置由涌水采集器、导水管、流速测量传感器等组成,可实现对断层涌水量的实时监测。同时,研制2种满足流固耦合相似要求的水理性质不同的相似材料,能够很好地模拟断层及普通围岩,满足试验要求,并采用光栅光纤监测元件、微型压力盒全程采集断层、普通围岩处位移、渗压、应力等多元信息。采用上述模型试验系统对断层突水进行物理模拟,揭示开挖及突水灾变演化过程中断层及普通围岩多物理场信息演化规律。试验结果表明该系统稳定可靠,研究方法及结果对今后类似工程的研究具有指导和借鉴意义。