專利名稱：：一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種盾構隧道結構的室內模擬方法，尤其涉及一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法。
背景技術：
：海底、江底的水下盾構隧道結構在外靜水壓力作用下，其承受的水壓的分布形態(tài)為頂部小底部大的"燈泡"形狀，如圖3所示。在施工和運營期間，隧道承受的水壓變化非常大，加之目前隧道斷面大型化的趨勢，水下盾構隧道在施工期和運營期承受的非均勻水壓對隧道結構的作用不可忽略。通過;f莫擬燈泡形水壓對隧道結構的作用和影響，能夠對水下盾構隧道結構的設計和施工給出科學可靠的試驗依據(jù)，以保證隧道的建設和營運安全。盾構隧道結構模型是對盾構隧道結構進行研究的一種有用方法，因此也需要研究盾構隧道結構模型在水壓作用下的表現(xiàn)。目前尚無有效方法能夠對隧道結構模型所受到的水壓進行模擬的方法，這就制約了水下盾構隧道的建設和應用。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的就是提供一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，該方法實現(xiàn)了對盾構隧道結構模型在水壓下所受到的燈泡形水壓的模擬，可方便實現(xiàn)不同斷面結構形式盾構隧道在不同水位條件下的研究，為水下盾構隧道結構的設計和施工提供科學可靠的試驗依據(jù)，以保證隧道的建設和營運安全。本發(fā)明解決其技術問題所釆用的技術方案是一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法,其作法是A、布置均勻壓力加載裝置將盾構隧道的結構模型水平放置于地面，二條以上的環(huán)箍鋼絞線的一端固定在加力臺座的豎板上，另一端繞結構模型外表面一周后，固定在加力轉軸上，該加力轉軸穿過加力臺座的頂板和底板，加力轉軸的上端連接加力橫梁，環(huán)箍鋼絞線上串接測力計。B、布置非均勻壓力加載裝置兩條絞線固定梁之間連接二條以上的長度為結構模型周長一半或接近一半的張拉鋼絞線，再將兩條絞線固定梁及張拉鋼絞線全部貼放于結構模型的表面的同一側，結構模型表面另一側的二個加力裝置應的絞線固定梁相連，鋼絞線上串接測力計。C、測試儀器的布置將多個應變片貼放于盾構隧道的結構模型內、外表面上，位移計安裝于盾構隧道的結構模型的內表面。D、壓力加載轉動加力橫梁帶動加力轉軸旋轉，旋緊環(huán)箍鋼絞線對結構模型施加壓力；同時，通過二個加力裝置對張位鋼絞線施以拉力，加力鋼繩沿加力裝置方向向兩側對稱張開，呈0°-60°夾角；獲取應變片、位移計的數(shù)據(jù)，送計算機進行處理。本發(fā)明的工作原理和工作過程是沿隧道結構模型外表面布設多組環(huán)箍鋼絞線，通過加力一黃梁的轉動將環(huán)箍鋼絞線拉緊，而對結構模型外表面施加接觸壓力。由于環(huán)箍鋼絞線均勻地分布在結構外表面，因此對結構模型產生均勻分布的徑向壓力；同時，沿盾構隧道的結構模型外表面一側布設的半圓弧狀的多組張拉鋼絞線，當加力裝置對張拉鋼絞線從結構模型的另一側施加拉力時，由張拉鋼絞線的兩端部的拉力與該處的半徑方向夾角最大，作用在結構模型半徑方向上的徑向壓力最??；而從張拉鋼絞線的端部向中間逐步靠近，則其對結構模型的徑向壓力逐步增大，在張拉鋼絞線的中間部位，張拉鋼絞線對結構模型的徑向壓力達到最大值。因此，由環(huán)箍鋼絞線形成的對整個結構模型的均勻壓力與張拉鋼絞線形成的半圓弧狀張拉鋼絞線中間向兩端遞減的壓力的迭加，就在結構模型上產生了張拉鋼絞線部分壓力大、無張拉鋼絞線部分壓力小，呈燈泡形變化的壓力分布，這樣的壓力較好地模擬出結構模型在水下所受上小下大的壓力分布情況。通過環(huán)箍鋼絞線及張拉鋼絞線上串接的測力計可以讀出各自施力的大小；結構模型各處所受壓力及相關力學參數(shù)，則通過設置在結構模型表面的應變片、位移計分別測出結構模型的內力、結構^t型的變形；這些數(shù)據(jù)再送計算機進行處理，即得到隧道結構模型在水壓作用下的力學性能參數(shù)值。調整環(huán)箍鋼鉸線的拉緊度及張拉鋼鉸線的張拉角及張拉力，可以調整非均勻水壓力的量值，從而模擬出在不同水深處，結構模型所受到的水壓情況。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是一、能對盾構隧道的結構模型施加燈泡形水壓，較真實地試驗測出環(huán)境水壓對隧道的結構模型的作用和影響，從而對水下盾構隧道結構的設計和施工給出更科學可靠的試驗依據(jù)，以保證隧道的建設和營運安全。二、通過調整環(huán)箍鋼鉸線的拉緊度及張拉鋼絞線的張拉力張開角的調整，從而調整接觸壓力及其變化，進而對于結構模型的加載量值進行控制，模擬出在不同水位條件下的水壓對于結構模型的作用及影響，使本發(fā)明方法適用性強，可用于各種水下盾構隧道結構的試驗。上述的A步布置均勻壓力加載裝置時，還在結構模型的外表面設有錨索定位桿，定位桿的內表面上開槽，環(huán)箍鋼絞線穿過定位桿上的開槽。這樣，可將每條環(huán)箍鋼鉸線定位在定位桿的開槽中，各條環(huán)箍鋼絞線均勻間隔分布，避免在試驗時，環(huán)箍鋼鉸線相互纏繞，影響載荷的施加，導致試驗難以進行的情形出現(xiàn)。上述的A步環(huán)箍鋼絞線的一端固定在加力臺座上的具體作法是環(huán)箍鋼絞線通過螺栓連接在加力臺座的豎板上。這樣，可通過螺栓來調節(jié)環(huán)箍鋼絞線的張緊程度進行微調，從而精確控制結構模型所受的均勻壓力的量值下面結合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖l是本發(fā)明實施例均勻水壓加載方法示意圖。圖2是本發(fā)明實施例非均勻水壓加載方法示意圖。圖3是是本發(fā)明實施例模擬的燈泡型水壓的壓力分布示意圖。具體實施方式實施例首先需要說明的是，為了圖示的簡明、清楚，圖1、圖2分別繪出的是均勻加載和非均勻加載的情況。而實際上，本發(fā)明在實施時，均勻和非均勻加載同時進行，即圖1、2中的結構模型為同一模型，其它裝置則全部同時分布設置迭加在該模型上。也即實際實施時的情形應為圖1、圖2的合成。本發(fā)明的一種具體實施方式為，一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，其作法是A、布置均勻壓力加載裝置圖l示出，布置均勻壓力加載裝置的作法是將盾構隧道的結構模型1水平放置于地面，八條環(huán)箍鋼絞線8的一端固定在加力臺座2的豎板21上，另一端繞結構模型l外表面一周后，固定在加力轉軸上3，該加力轉軸3穿過加力臺座2橫板22,加力轉軸3的上端連接有加力橫梁4,每條環(huán)箍鋼絞線8上均串接有測力計9。B、布置非均勻壓力加載裝置圖2示出，兩條絞線固定梁5之間連接二條以上的長度為結構模型1周長一半或接近一半的張拉鋼絞線6，再將兩條絞線固定梁5及張拉鋼絞線6全部貼放于結構模型1的表面的同一側，結構模型1表面另一側的二個加力裝置7分別通過加力鋼纜13與對應的絞線固定梁5相連，鋼絞線6上串接測力計9;本發(fā)明的加力裝置7可以由定滑輪組和砝碼組成，將精確的砝碼重力轉換成張拉鋼鉸線的設定的水平拉力。C、測試儀器的布置將72個應變片10盾構隧道的結構模型1內、外表面上，位移計ll安裝于盾構隧道的結構模型l的內表面。D、壓力加載轉動加力橫梁4帶動加力轉軸3旋轉，旋緊環(huán)箍鋼絞線8對結構模型l施加壓力；同時，通過二個加力裝置7對張位鋼絞線6施以拉力，加力鋼繩13沿加力裝置方向張開為30°夾角；獲取應變片10、位移計ll的數(shù)據(jù)，送計算機進行處理。圖1還示出，A步布置均勻壓力加載裝置時，還在結構模型1的外表面設有錨索定位桿8b,定位桿8b的內表面上開槽，環(huán)箍鋼絞線8穿過定位桿8b上的開槽。A步環(huán)箍鋼絞線8的一端固定在加力臺座2上的具體作法是環(huán)箍鋼絞線8通過螺栓14連接在加力臺座2的豎板21上。本例中加力鋼繩10沿加力裝置方向張開為30°夾角，則可模擬出水深IO米的水壓對隧道結構模型的壓力作用。下表為本例方法的張拉鋼鉸線的張開角及張拉力與結構模型所受因張拉力產生的荷載的一組測試數(shù)據(jù)。其中拱底荷載為張拉鋼鉸線中部處的結構模型的荷載，它也是結構模型所受的最大荷載；兩側最小荷載為結構模型在張拉鋼鉸線兩端部所受的荷載，它是結構模型兩側處所受的最小荷載。下表說明，通過本例方法的非均勻加力裝置能夠獲在結構模型上產生從拱底到兩側逐漸減小的非均勻的壓力。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖3為用本例方法模擬的燈泡型水壓的壓力分布示意圖，其中結構模型外的徑向線段為結構模型承受的荷載，徑向線段的長短表示荷載的大小。由圖可見，張拉鋼鉸線中部處的結構模型的荷載最大，從此處向兩側逐漸減小，整個結構模型所承受的壓力呈燈泡狀的分布。權利要求1、一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，其作法是A、布置均勻壓力加載裝置將盾構隧道的結構模型(1)水平放置于地面，二條以上的環(huán)箍鋼絞線(8)的一端固定在加力臺座(2)的豎板(21)上，另一端繞結構模型(1)外表面一周后，固定在加力轉軸上(3)，該加力轉軸(3)穿過加力臺座(2)的頂板(22)和底板(23)，加力轉軸(3)的上端連接加力橫梁(4)，環(huán)箍鋼絞線(8)上串接測力計(9)；B、布置非均勻壓力加載裝置兩條絞線固定梁(5)之間連接二條以上的長度為結構模型(1)周長一半或接近一半的張拉鋼絞線(6)，再將兩條絞線固定梁(5)及張拉鋼絞線(6)全部貼放于結構模型(1)的表面的同一側，結構模型(1)表面另一側的二個加力裝置(7)分別通過加力鋼纜(13)與對應的絞線固定梁(5)相連，鋼絞線(6)上串接測力計(9)；C、測試儀器的布置將多個應變片(10)貼放于盾構隧道的結構模型(1)內、外表面上，位移計(11)安裝于盾構隧道的結構模型(1)的內表面；D、壓力加載轉動加力橫梁(4)帶動加力轉軸(3)旋轉，旋緊環(huán)箍鋼絞線(8)對結構模型(1)施加壓力；同時，通過二個加力裝置(7)對張位鋼絞線(6)施以拉力，加力鋼繩(13)沿加力裝置(7)方向向兩側對稱張開，呈0°-60°夾角；獲取應變片(10)、位移計(11)的數(shù)據(jù)，送計算機進行處理。2、如權利要求1所述的一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，其特征在于所述的A步布置均勻壓力加載裝置時，還在結構模型(1)的外表面設有錨索定位桿(8b),定位桿(8b)的內表面上開槽，環(huán)箍鋼絞線(8)穿過定位桿(8b)上的開槽。3、如權利要求1所述的一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，其特征在于所述的A步環(huán)箍鋼絞線(8)的一端固定在加力臺座(2)上的具體作法是環(huán)箍鋼絞線(8)通過螺栓(14)連接在加力臺座(2)的豎板(21)上。全文摘要一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，采用二條以上的環(huán)箍鋼絞線箍在水平放置的結構模型的外表面，對其施加均勻的徑向壓力；同時，張拉鋼絞線貼于結構模型表面的同一半圓弧側，并從結構模型表面的另一側對張拉鋼鉸線施加拉力，從而對結構模型的半圓弧側施加非均勻的徑向壓力；均勻及非均勻徑向壓力迭加，即模擬出盾構隧道結構模型所承受的燈泡形水壓。再測出結構模型相應力學參數(shù)，送計算機進行處理。該方法實現(xiàn)了對盾構隧道結構模型在水下所受到的燈泡形水壓的模擬，可實現(xiàn)各種盾構隧道結構模型在不同水位條件下的力學試驗，為水下盾構隧道結構的設計和施工提供科學的試驗依據(jù)，以保證隧道的建設和營運安全。文檔編號G01L1/00GK101319941SQ20081004561公開日2008年12月10日申請日期2008年7月22日優(yōu)先權日2008年7月22日發(fā)明者川何,何應道,坤封,張志強,晏啟祥,雄楊申請人:西南交通大學