專利名稱：一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置及其加載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及非圓形斷面隧道模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
富水山嶺隧道及水下隧道的襯砌主體結(jié)構(gòu)多處于高水壓作用下，其承受的水壓呈頂部小底部大的非均勻分布。在施工和運(yùn)營期間，隧道結(jié)構(gòu)承受的水壓變化非常大，加之目前隧道斷面呈現(xiàn)大型化的發(fā)展趨勢，隧道結(jié)構(gòu)在施工期和運(yùn)營期承受的非均勻水壓產(chǎn)生的影響不可忽略。通過模擬實(shí)際上小下大的非均勻水壓對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的作用和影響，能夠?qū)Ω咚畨核淼酪约八滤淼澜Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工給出科學(xué)可靠的試驗(yàn)依據(jù)，以保證隧道的建設(shè)和營運(yùn)安全。目前，有針對(duì)圓形斷面盾構(gòu)隧道的水壓原型試驗(yàn)方法，該方法采用環(huán)箍加載方式， 在原型管片結(jié)構(gòu)前、后環(huán)箍梁上施加環(huán)箍張拉力，從而對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生徑向接觸壓力，是一種根據(jù)力學(xué)等效原理較為合理的模擬實(shí)際水壓的試驗(yàn)方法。但由于錨索與管片間設(shè)置有較大的錨具，使得錨索與管片不能緊密接觸，無法準(zhǔn)確施加全周荷載，且錨具對(duì)結(jié)構(gòu)的反力也嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征精度，另外，由于原型試驗(yàn)體積大，施加的環(huán)箍張拉力很大，操作困難，精度不高。采用大比尺的隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)可以較為方便且精確的研究結(jié)構(gòu)受水壓作用下的力學(xué)特征，但目前尚無有效方法對(duì)非圓形斷面隧道結(jié)構(gòu)施加頂部小底部大全周密閉水壓，這是當(dāng)前高水壓隧道以及水下隧道設(shè)計(jì)與建設(shè)中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置，該裝置能對(duì)非圓形斷面隧道模型試驗(yàn)的全周密閉模擬水壓加載裝置，可以為非圓形隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)提供一種實(shí)際水壓的等效模擬方法，且能對(duì)隧道結(jié)構(gòu)施加頂部小底部大全周密閉的非均勻模擬水壓，能較真實(shí)地模擬水壓對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的作用和影響，從而對(duì)高水壓隧道以及水下隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工給出更科學(xué)可靠的試驗(yàn)依據(jù)，以保證隧道的建設(shè)和營運(yùn)安全。配合土層復(fù)合體模擬試驗(yàn)裝置，可以研究襯砌主體結(jié)構(gòu)在不同水壓和埋深條件下與周圍土體和水體的相互作用關(guān)系、受力特征及破壞形式。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其第一個(gè)發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置，其特征在于整體結(jié)構(gòu)呈T型布置，上部為左、中、右三個(gè)框體，下部為下框體；左、右框體的空間內(nèi)布置力傳感器，力傳感器上方設(shè)置微調(diào)螺桿；中框體的翼板的一側(cè)開有翼板凹槽；左、右框體的翼板上布置定位孔，左、右框體的翼板上的定位孔下方對(duì)應(yīng)前后布置成對(duì)的懸臂立柱，左、右框體下方的各對(duì)懸臂立柱在左右的橫向上呈“八”字階梯狀；每對(duì)懸臂立柱之間設(shè)有橫軸，橫軸上套有導(dǎo)向滑輪，環(huán)箍鋼絞線經(jīng)導(dǎo)向滑輪、左/右框體的翼板的定位孔與力傳感器連結(jié)；
下框體的底板開有底板凹槽，下框體內(nèi)品字形的布置加載中軸、向上導(dǎo)向側(cè)軸和向下導(dǎo)向側(cè)軸，向上導(dǎo)向側(cè)軸和向下導(dǎo)向側(cè)軸分別由向上導(dǎo)向側(cè)軸孔、向下導(dǎo)向側(cè)軸孔固定，加載中軸的兩端分別插入翼板凹槽和底板凹槽上的滑動(dòng)槽中；各軸上均設(shè)有定位導(dǎo)向滑輪；下框體的兩側(cè)板上設(shè)有側(cè)定位孔。上述的左、右框體的翼板下方開有懸臂立柱孔，通過螺紋連結(jié)懸臂立柱。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二個(gè)發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是使用上述的模擬水壓加載裝置，在隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行模擬水壓加載的方法，由以下步驟組成A、試驗(yàn)準(zhǔn)備隧道結(jié)構(gòu)模型按照幾何相似比1 10-50的比例尺制作，模型材料按照容重相似比1 1配制，隧道結(jié)構(gòu)模型的縱向深度須超過或等于模擬水壓加載裝置的高度，在隧道結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)、外表面上對(duì)稱布設(shè)環(huán)向分布的測試元件，在隧道結(jié)構(gòu)模型外側(cè)環(huán)箍鋼絞線的位置粘貼減阻貼片，并涂抹潤滑油；B、安裝模擬水壓加載裝置將模擬水壓加載裝置設(shè)置于隧道結(jié)構(gòu)模型墻角兩側(cè)， 水壓加載裝置的翼板凹槽和底板凹槽抵住隧道結(jié)構(gòu)模型，隧道結(jié)構(gòu)模型上部環(huán)向布置環(huán)箍鋼絞線，其位置由向下導(dǎo)向側(cè)軸上的定位導(dǎo)向滑輪確定，環(huán)箍鋼絞線繞過加載中軸，并被加載中軸抵住貼緊隧道結(jié)構(gòu)模型，兩端頭繞過向下導(dǎo)向側(cè)軸從側(cè)板上的側(cè)定位孔穿出，然后繞過橫軸上的導(dǎo)向滑輪從翼板的定位孔穿過，錨固于上框體上的力傳感器上；環(huán)向布置模型結(jié)構(gòu)下部也布置環(huán)箍鋼絞線，其位置由向上導(dǎo)向側(cè)軸上的定位導(dǎo)向滑輪確定，環(huán)箍鋼絞線繞過加載中軸，與上部的環(huán)箍鋼絞線錯(cuò)開，并被加載中軸抵住貼緊隧道結(jié)構(gòu)模型，兩端頭繞過向上導(dǎo)向側(cè)軸從下框體側(cè)板上的側(cè)定位孔穿出，然后繞過橫軸上的導(dǎo)向滑輪從翼板的定位孔穿過，錨固于上框體上的力傳感器上；C、測試儀器的布置將模擬水壓加載裝置和隧道結(jié)構(gòu)模型的組合體固定住，在隧道結(jié)構(gòu)模型內(nèi)部布置其他測試元件，將力傳感器、測試元件以及其他測試元件與計(jì)算機(jī)相連；D、測試使用力傳感器微調(diào)螺桿精確調(diào)節(jié)環(huán)箍力的大小，將環(huán)箍鋼絞線拉緊，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)模型施以徑向壓力，同時(shí)利用測試元件對(duì)加載的載荷量引起隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。上述的加載中軸的位置可以通過加載中軸的滑動(dòng)槽前后調(diào)節(jié)，適用于不同的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，通過合理調(diào)節(jié)加載中軸的位置，使環(huán)箍鋼絞線能夠緊密的貼近隧道結(jié)構(gòu)模型，確保隧道結(jié)構(gòu)模型全周都能受到準(zhǔn)確可控的徑向壓力；向上導(dǎo)向側(cè)軸、向下導(dǎo)向側(cè)軸和橫軸將環(huán)箍鋼絞線引到模擬水壓加載裝置的上方，與力傳感器相連接，便于力的施加與控制。上述的上部圓弧環(huán)箍鋼絞線根數(shù)與下部圓弧環(huán)箍鋼絞線根數(shù)不同，通過匹配與之?dāng)?shù)目相同的定位導(dǎo)向滑輪和定位孔，合理分配頂部小底部大的水壓力，且使環(huán)箍鋼絞線布置的時(shí)候相互錯(cuò)開，避免相交產(chǎn)生的誤差。本發(fā)明的隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)用模擬水壓加載裝置及其加載方法的原理是采用大比尺相似模型試驗(yàn)手段，操作方便且結(jié)果精確，適合用于規(guī)律性試驗(yàn)研究。 當(dāng)隧道處于高水壓作用下，水頭高度越大，隧道高度與水頭高度的比值越小，隧道不同位置承受的水壓受隧道高度的影響就越小，因此隧道結(jié)構(gòu)全周承受的非均勻水壓的差值很小。 考慮到非圓形結(jié)構(gòu)斷面的上部(拱頂+邊墻)、下部(仰拱)兩段圓弧占整個(gè)斷面的絕大部分，可以把此非均勻水壓分成上小下大的兩部分均勻荷載，分別作用于上下兩段圓弧上。通過合理確定上下兩部均勻荷載的大小，等效模擬頂部小底部大的非均勻?qū)嶋H水壓作用，使得結(jié)構(gòu)的受力和變形與在實(shí)際水壓作用下相同。 采用環(huán)箍加載方式，在隧道結(jié)構(gòu)上下圓弧段設(shè)置環(huán)箍鋼絞線施加張拉力，可以在隧道結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生徑向均勻接觸壓力。模擬水壓加載裝置中設(shè)置加載中軸，能抵住墻角位置的環(huán)箍鋼絞線使其緊貼于隧道結(jié)構(gòu)，保證環(huán)箍鋼絞線與隧道結(jié)構(gòu)緊密全周接觸，實(shí)現(xiàn)全周密閉加載。本發(fā)明能夠模擬非圓形斷面隧道結(jié)構(gòu)受上小下大的水壓，能對(duì)非圓形斷面隧道結(jié)構(gòu)施加全周密閉的上下兩部均勻荷載，準(zhǔn)確得出襯砌結(jié)構(gòu)全周的力學(xué)響應(yīng)、受力特征、破壞形式。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)非圓形隧道結(jié)構(gòu)頂部小底部大的非均勻水壓的等效模擬，較真實(shí)地測出環(huán)境水壓對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的作用和影響，且采用大比尺相似模型試驗(yàn)的手段，可以較為方便且準(zhǔn)確的研究隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)和性能，從而對(duì)高水壓隧道以及水下隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工給出更科學(xué)可靠的試驗(yàn)依據(jù)，以保證隧道的建設(shè)和營運(yùn)安全。2、本發(fā)明對(duì)隧道結(jié)構(gòu)上下部環(huán)箍時(shí)，不采用傳統(tǒng)的錨具固定環(huán)箍鋼絞線，避免因?yàn)殄^具的厚度使環(huán)箍鋼絞線與結(jié)構(gòu)模型之間產(chǎn)生距離，從而不能施加全周密閉荷載。本發(fā)明在模擬水壓加載裝置中設(shè)置加載中軸，該結(jié)構(gòu)能抵住環(huán)箍鋼絞線使其緊貼于隧道結(jié)構(gòu)模型，保證環(huán)箍鋼絞線與隧道結(jié)構(gòu)模型緊密全周接觸，實(shí)現(xiàn)全周密閉加載，可以準(zhǔn)確的得到隧道結(jié)構(gòu)在水壓條件下全周的力學(xué)特征。3、本發(fā)明可以配合土層復(fù)合體模擬試驗(yàn)裝置，可以同時(shí)研究襯砌主體結(jié)構(gòu)在不同水壓和埋深條件下與周圍土體和水體的相互作用關(guān)系、受力特征及破壞形式。而且環(huán)箍鋼絞線通過向上導(dǎo)向側(cè)軸、向下導(dǎo)向側(cè)軸和橫軸引至裝置上方，便于力的加載與控制。上述的加載中軸的位置可以通過加載中軸滑動(dòng)槽前后調(diào)節(jié)，適用于不同的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，通過合理調(diào)節(jié)加載中軸的位置，使環(huán)箍鋼絞線能夠緊密的貼近隧道結(jié)構(gòu)模型，確保結(jié)構(gòu)模型全周都能受到準(zhǔn)確可控的徑向壓力。下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1的A-A剖視圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例裝置的翼板仰視圖；圖5是圖4的B-B剖視圖；圖6是用本發(fā)明實(shí)施例的裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的示意圖(圖中以箭頭表示力傳感器)。圖7是環(huán)箍鋼絞線箍拉力與隧道結(jié)構(gòu)模型受均勻荷載的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例圖1-5示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置，其特征在于
整體結(jié)構(gòu)呈T型布置，上部為左、中、右三個(gè)框體，下部為下框體；左、右框體的空間內(nèi)布置力傳感器9，力傳感器9上方設(shè)置微調(diào)螺桿；中框體的翼板的一側(cè)開有翼板凹槽 10 ；左、右框體的翼板上布置定位孔7，左、右框體的翼板上的定位孔7下方對(duì)應(yīng)前后布置成對(duì)的懸臂立柱8，左、右框體下方的各對(duì)懸臂立柱8在左右的橫向上呈“八”字階梯狀；每對(duì)懸臂立柱8之間設(shè)有橫軸4，橫軸4上套有導(dǎo)向滑輪5，環(huán)箍鋼絞線12經(jīng)導(dǎo)向滑輪 5、左/右框體的翼板的定位孔7與力傳感器9連結(jié)；下框體的底板開有底板凹槽11，下框體內(nèi)品字形的布置加載中軸1、向上導(dǎo)向側(cè)軸2和向下導(dǎo)向側(cè)軸3，向上導(dǎo)向側(cè)軸2和向下導(dǎo)向側(cè)軸3分別由向上導(dǎo)向側(cè)軸孔14、向下導(dǎo)向側(cè)軸孔15固定，加載中軸1的兩端分別插入翼板凹槽10和底板凹槽11上的滑動(dòng)槽 13AU3B中；各軸上均設(shè)有定位導(dǎo)向滑輪6 ；下框體的兩側(cè)板上設(shè)有側(cè)定位孔7A、7B。本例的左、右框體的翼板下方開有懸臂立柱孔16，通過螺紋連結(jié)懸臂立柱8。圖6-7及圖1-5示出，使用上述的模擬水壓加載裝置，在隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行模擬水壓加載的方法，由以下步驟組成A、試驗(yàn)準(zhǔn)備隧道結(jié)構(gòu)模型17按照幾何相似比1 10-50的比例尺制作，模型材料按照容重相似比1 1配制，隧道結(jié)構(gòu)模型17的縱向深度須超過或等于模擬水壓加載裝置的高度，在隧道結(jié)構(gòu)模型17的內(nèi)、外表面上對(duì)稱布設(shè)環(huán)向分布的測試元件18，在隧道結(jié)構(gòu)模型外側(cè)環(huán)箍鋼絞線12的位置粘貼減阻貼片，并涂抹潤滑油；B、安裝模擬水壓加載裝置將模擬水壓加載裝置設(shè)置于隧道結(jié)構(gòu)模型17墻角兩側(cè)，水壓加載裝置的翼板凹槽10和底板凹槽11抵住隧道結(jié)構(gòu)模型17，隧道結(jié)構(gòu)模型17上部環(huán)向布置環(huán)箍鋼絞線12，其位置由向下導(dǎo)向側(cè)軸3上的定位導(dǎo)向滑輪6確定，環(huán)箍鋼絞線 12繞過加載中軸1，并被加載中軸1抵住貼緊隧道結(jié)構(gòu)模型17，兩端頭繞過向下導(dǎo)向側(cè)軸3 從側(cè)板上的側(cè)定位孔7A穿出，然后繞過橫軸4上的導(dǎo)向滑輪5從翼板的定位孔7穿過，錨固于上框體上的力傳感器9上；環(huán)向布置模型結(jié)構(gòu)下部也布置環(huán)箍鋼絞線12，其位置由向上導(dǎo)向側(cè)軸2上的定位導(dǎo)向滑輪6確定，環(huán)箍鋼絞線繞過加載中軸1，與上部的環(huán)箍鋼絞線錯(cuò)開，并被加載中軸1抵住貼緊隧道結(jié)構(gòu)模型17，兩端頭繞過向上導(dǎo)向側(cè)軸2從下框體側(cè)板上的側(cè)定位孔7B穿出，然后繞過橫軸4上的導(dǎo)向滑輪5從翼板的定位孔7穿過，錨固于上框體上的力傳感器9上；C、測試儀器的布置將模擬水壓加載裝置和隧道結(jié)構(gòu)模型17的組合體固定住，在隧道結(jié)構(gòu)模型17內(nèi)部布置其他測試元件，將力傳感器9、測試元件18以及其他測試元件與計(jì)算機(jī)相連；D、測試使用力傳感器微調(diào)螺桿精確調(diào)節(jié)環(huán)箍力的大小，將環(huán)箍鋼絞線12拉緊， 對(duì)隧道結(jié)構(gòu)模型17施以徑向壓力，同時(shí)利用測試元件18對(duì)加載的載荷量引起隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。本例中，加載中軸1的位置可以通過加載中軸1的滑動(dòng)槽13A、i;3B前后調(diào)節(jié)，適用于不同的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，通過合理調(diào)節(jié)加載中軸1的位置，使環(huán)箍鋼絞線12能夠緊密的貼近隧道結(jié)構(gòu)模型17，確保隧道結(jié)構(gòu)模型17全周都能受到準(zhǔn)確可控的徑向壓力；向上導(dǎo)向側(cè)軸2、向下導(dǎo)向側(cè)軸3和橫軸4將環(huán)箍鋼絞線12引到模擬水壓加載裝置的上方，與力傳感器 9相連接，便于力的施加與控制。
本例中，上部圓弧環(huán)箍鋼絞線12根數(shù)與下部圓弧環(huán)箍鋼絞線12根數(shù)不同，通過匹配與之?dāng)?shù)目相同的定位導(dǎo)向滑輪6和定位孔7A、7B，合理分配頂部小底部大的水壓力，且使環(huán)箍鋼絞線12布置的時(shí)候相互錯(cuò)開，避免相交產(chǎn)生的誤差。試驗(yàn)時(shí)環(huán)箍力的確定根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析計(jì)算得出，環(huán)箍鋼絞線12與隧道結(jié)構(gòu)外表面的徑向接觸壓力關(guān)系。取需要施加均勻徑向水壓的圓弧段，幾何關(guān)系如圖7所示，設(shè)襯砌外半徑為R，縱向?qū)挾葹锽，作用在結(jié)構(gòu)表面上的平均壓應(yīng)力為q，張拉的鋼絞線數(shù)目為n，沿縱向平均分配到襯砌上，單根鋼絞線箍力為F，根據(jù)力的平衡關(guān)系有
1 2
(4)
積分后，推導(dǎo)得 Fy 亡SqR cosff I二又有q = YwH(3)得到環(huán)箍力與水頭高度的關(guān)系式Fj = -f:Sv,.-HR ccs 8 j 蘭得F = Fy/cosal(5)因?yàn)閷?duì)非均勻斷面采取上下部環(huán)箍的方式，計(jì)算上下部鋼絞線環(huán)箍力時(shí)取值不同，上部環(huán)箍力計(jì)算半徑為上段圓弧半徑，下部環(huán)箍力計(jì)算半徑為下段圓弧半徑，而因?yàn)樯喜炕《容^大，其平均壓應(yīng)力q取值按照邊墻水位高度計(jì)算為宜，下部弧度很小，其平均壓應(yīng)力q取值按照仰拱水位高度計(jì)算。經(jīng)數(shù)值模擬驗(yàn)證，可以滿足誤差條件，精確的模擬上小下大的實(shí)際非均勻水壓的作用。
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權(quán)利要求
1.一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置，其特征在于整體結(jié)構(gòu)呈T型布置，上部為左、中、右三個(gè)框體，下部為下框體；左、右框體的空間內(nèi)布置力傳感器(9)，力傳感器(9)上方設(shè)置微調(diào)螺桿；中框體的翼板的一側(cè)開有翼板凹槽 (10)；左、右框體的翼板上布置定位孔(7)，左、右框體的翼板上的定位孔(7)下方對(duì)應(yīng)前后布置成對(duì)的懸臂立柱(8)，左、右框體下方的各對(duì)懸臂立柱(8)在左右的橫向上呈“八”字階梯狀；每對(duì)懸臂立柱⑶之間設(shè)有橫軸，橫軸⑷上套有導(dǎo)向滑輪(5)，環(huán)箍鋼絞線(12) 經(jīng)導(dǎo)向滑輪(5)、左/右框體的翼板的定位孔(7)與力傳感器(9)連結(jié)；下框體的底板開有底板凹槽(11)，下框體內(nèi)品字形的布置加載中軸(1)、向上導(dǎo)向側(cè)軸⑵和向下導(dǎo)向側(cè)軸(3)，向上導(dǎo)向側(cè)軸(2)和向下導(dǎo)向側(cè)軸(3)分別由向上導(dǎo)向側(cè)軸孔 (14)、向下導(dǎo)向側(cè)軸孔(15)固定，加載中軸(1)的兩端分別插入翼板凹槽(10)和底板凹槽 (11)上的滑動(dòng)槽(13A、13B)中；各軸上均設(shè)有定位導(dǎo)向滑輪(6)；下框體的兩側(cè)板上設(shè)有側(cè)定位孔(7A、7B)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置，其特征在于 左、右框體的翼板下方開有懸臂立柱孔(16)，通過螺紋連結(jié)懸臂立柱(8)。
3.一種使用權(quán)利要求1所述的模擬水壓加載裝置，在隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行模擬水壓加載的方法，其特征在于A、試驗(yàn)準(zhǔn)備隧道結(jié)構(gòu)模型(17)按照幾何相似比1 10-50的比例尺制作，模型材料按照容重相似比1 1配制，隧道結(jié)構(gòu)模型(17)的縱向深度須超過或等于模擬水壓加載裝置的高度，在隧道結(jié)構(gòu)模型(17)的內(nèi)、外表面上對(duì)稱布設(shè)環(huán)向分布的測試元件(18)，在隧道結(jié)構(gòu)模型外側(cè)環(huán)箍鋼絞線(12)的位置粘貼減阻貼片，并涂抹潤滑油；B、安裝模擬水壓加載裝置將模擬水壓加載裝置設(shè)置于隧道結(jié)構(gòu)模型(17)墻角兩側(cè)， 水壓加載裝置的翼板凹槽(10)和底板凹槽(11)抵住隧道結(jié)構(gòu)模型(17)，隧道結(jié)構(gòu)模型 (17)上部環(huán)向布置環(huán)箍鋼絞線(12)，其位置由向下導(dǎo)向側(cè)軸(3)上的定位導(dǎo)向滑輪(6)確定，環(huán)箍鋼絞線(12)繞過加載中軸(1)，并被加載中軸(1)抵住貼緊隧道結(jié)構(gòu)模型(17)，兩端頭繞過向下導(dǎo)向側(cè)軸C3)從側(cè)板上的側(cè)定位孔(7A)穿出，然后繞過橫軸(4)上的導(dǎo)向滑輪(5)從翼板的定位孔(7)穿過，錨固于上框體上的力傳感器(9)上；環(huán)向布置模型結(jié)構(gòu)下部也布置環(huán)箍鋼絞線(12)，其位置由向上導(dǎo)向側(cè)軸(2)上的定位導(dǎo)向滑輪(6)確定，環(huán)箍鋼絞線繞過加載中軸(1)，與上部的環(huán)箍鋼絞線錯(cuò)開，并被加載中軸(1)抵住貼緊隧道結(jié)構(gòu)模型(17)，兩端頭繞過向上導(dǎo)向側(cè)軸( 從下框體側(cè)板上的側(cè)定位孔(7B)穿出，然后繞過橫軸(4)上的導(dǎo)向滑輪(5)從翼板的定位孔(7)穿過，錨固于上框體上的力傳感器(9)上；C、測試儀器的布置將模擬水壓加載裝置和隧道結(jié)構(gòu)模型(17)的組合體固定住，在隧道結(jié)構(gòu)模型(17)內(nèi)部布置其他測試元件，將力傳感器(9)、測試元件(18)以及其他測試元件與計(jì)算機(jī)相連；D、測試使用力傳感器微調(diào)螺桿精確調(diào)節(jié)環(huán)箍力的大小，將環(huán)箍鋼絞線(1 拉緊，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)模型(17)施以徑向壓力，同時(shí)利用測試元件(18)對(duì)加載的載荷量引起隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載方法，其特征在于 加載中軸(1)的位置可以通過加載中軸(1)的滑動(dòng)槽(13A、13B)前后調(diào)節(jié)，適用于不同的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，通過合理調(diào)節(jié)加載中軸(1)的位置，使環(huán)箍鋼絞線(12)能夠緊密的貼近隧道結(jié)構(gòu)模型(17)，確保隧道結(jié)構(gòu)模型(17)全周都能受到準(zhǔn)確可控的徑向壓力；向上導(dǎo)向側(cè)軸O)、向下導(dǎo)向側(cè)軸C3)和橫軸(4)將環(huán)箍鋼絞線(1 引到模擬水壓加載裝置的上方，與力傳感器(9)相連接，便于力的施加與控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載方法，其特征在于 上部圓弧環(huán)箍鋼絞線(12)根數(shù)與下部圓弧環(huán)箍鋼絞線(12)根數(shù)不同，通過匹配與之?dāng)?shù)目相同的定位導(dǎo)向滑輪(6)和側(cè)定位孔(7A、7B)，合理分配頂部小底部大的水壓力，且使環(huán)箍鋼絞線(12)布置的時(shí)候相互錯(cuò)開，避免相交產(chǎn)生的誤差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的模擬水壓加載裝置及其加載方法。本發(fā)明對(duì)非圓形斷面隧道結(jié)構(gòu)水壓試驗(yàn)提供方便且精確的研究并解決結(jié)構(gòu)受水壓作用下的力學(xué)特征問題。整體結(jié)構(gòu)呈T型布置，上部為左、中、右三個(gè)框體，下部為下框體，左、右框體的空間內(nèi)布置力傳感器，力傳感器上方設(shè)置微調(diào)螺桿。環(huán)箍鋼絞線經(jīng)橫軸上導(dǎo)向滑輪和左/右框體翼板的定位孔與力傳感器連結(jié)；下框體的底板開有底板凹槽，下框體內(nèi)品字形布置加載中軸、向上導(dǎo)向側(cè)軸和向下導(dǎo)向側(cè)軸，加載中軸設(shè)置在中框體翼板凹槽和下框體底板凹槽的滑動(dòng)槽中，各軸上均設(shè)有定位導(dǎo)向滑輪其位置可以前后調(diào)節(jié)。主要用于隧道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102435458SQ20111043159
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者何本國, 師曉權(quán), 張志強(qiáng), 李化云, 馬騰飛 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)