一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置，該裝置其包括：頂板(1)、底板(10)、立柱(12)、柔性密封條(3)、抽氣裝置(4)、高精度絕對氣壓計(jì)(5)、隧道結(jié)構(gòu)模型(9)、電阻應(yīng)變片(13)，在隧道結(jié)構(gòu)模型(9)的內(nèi)，氣壓檢測孔(7)連接高精度絕對氣壓計(jì)(5)，通過抽氣裝置(4)和高精度絕對氣壓計(jì)(5)的協(xié)調(diào)工作來控制隧道結(jié)構(gòu)模型(9)內(nèi)部氣壓。采用氣壓代替水壓的等效加載方法，可以模擬水不能抵抗剪切力的特性，不會(huì)對隧道結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生附加約束，能真實(shí)反映隧道結(jié)構(gòu)破壞的過程；可以模擬水壓的滲透作用，模擬水壓致裂的裂縫擴(kuò)展過程，以及裂縫貫通后水壓的卸載效果。
【專利說明】一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)裝置，尤其涉及的是一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試 驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隧道工程的建設(shè)過程中，水的問題屢見不鮮，尤其對于高壓富水山嶺隧道以及穿 江過海等水下隧道，無論是圓形還是非圓形斷面的隧道襯砌結(jié)構(gòu)，分離式還是連拱隧道襯 砌結(jié)構(gòu)，都承受著巨大的水壓力，而我國日益增長的交通量使得隧道斷面的尺寸越來越大， 與之俱來的就是越發(fā)復(fù)雜的隧道結(jié)構(gòu)受力形態(tài)。隧道結(jié)構(gòu)在高水壓環(huán)境下，斷面高度與水 頭高度的比值越小，隧道斷面不同位置處的水壓差就越小，隧道結(jié)構(gòu)受水壓差影響就越小， 此時(shí)可以近似把非均勻水壓視為均勻水壓。通過模擬高水壓作用下均勻水壓對隧道結(jié)構(gòu)的 影響，能夠?qū)A形和非圓形斷面的襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工給出科學(xué)合理的依據(jù)。
[0003] 目前，有針對圓形斷面盾構(gòu)隧道以及非圓形斷面山嶺隧道結(jié)構(gòu)的水壓加載試驗(yàn)方 法，但上述兩種方法都是采用若干根鋼絞線環(huán)箍加載的方式來施加水壓力，針對圓形斷面 的加載方法不能保證錨索與管片密貼，無法準(zhǔn)確施加全周荷載，即便是針對非圓形斷面的 可以實(shí)現(xiàn)緊密接觸的加載方法，也僅僅是一種簡單的力學(xué)等效，其加載理論本身就具有錯(cuò) 誤。目前水壓加載試驗(yàn)方法不足之處在于：
[0004] 1、無法實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)外表面的均勻應(yīng)力加載，容易造成鋼絞線處局部應(yīng)力集中， 使得試驗(yàn)過程中鋼絞線附近應(yīng)變片的數(shù)據(jù)與實(shí)際產(chǎn)生差異；
[0005] 2、無法考慮水不能抵抗剪切力的特性，鋼絞線與隧道結(jié)構(gòu)密貼后，環(huán)箍力越大對 隧道結(jié)構(gòu)變形的約束越大；
[0006] 3、隧道結(jié)構(gòu)變形會(huì)引起嚴(yán)重的鋼絞線應(yīng)力損失，引起等效水壓大幅度降低，若要 維持一定的水壓，需要反復(fù)調(diào)整每根鋼絞線應(yīng)力，其操作非常繁瑣，在實(shí)際操作中往往無法 實(shí)現(xiàn)。
[0007] 4、該方法無法適應(yīng)非圓形斷面隧道襯砌結(jié)構(gòu)的外水壓加載模擬，因?yàn)橥桓摻g 線上拉力F是不變的，由于鋼絞線與隧道結(jié)構(gòu)密貼，隧道斷面形狀的改變會(huì)導(dǎo)致鋼絞線之 間的夾角Θ改變，其提供的徑向力2Fc 〇s(0/2)也在隨隧道斷面改變而改變，隧道斷面半 徑越小其提供的徑向力越大，根本無法施加均勻水壓力，更不要說上小下大的非均勻水壓 力了，應(yīng)為一般山嶺隧道結(jié)構(gòu)斷面都是上斷面的半徑小于仰拱的。
[0008] 因此，急需一種更為符合水壓特性的有效加載方法來模擬高水壓作用下隧道結(jié)構(gòu) 承受的均勻水壓，研究隧道結(jié)構(gòu)的受力特征以及破壞過程，對圓形和非圓形斷面的襯砌結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工給出科學(xué)合理的依據(jù)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0009] 本實(shí)用新型的目的就是提供一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝 置。
[0010] 本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)其目的，所采用方案是：
[0011] 一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置，其包括：頂板（1)、底板 (10)、立柱（12)、柔性密封條（3)、抽氣裝置（4)、高精度絕對氣壓計(jì)（5)、隧道結(jié)構(gòu)模型（9)、 電阻應(yīng)變片（13)，在隧道結(jié)構(gòu)模型（9)的內(nèi)、外表面對稱環(huán)向粘貼電阻應(yīng)變片（13)，同時(shí)將 內(nèi)表面應(yīng)變片（13)的導(dǎo)線（11)焊接好，外表面應(yīng)變片的導(dǎo)線直接引出，與內(nèi)表面應(yīng)變片的 導(dǎo)線分組焊接在應(yīng)變箱上用于讀取數(shù)據(jù)，頂板（1)上設(shè)有接線柱（2)、抽氣孔￠)、氣壓檢 測孔（7)，抽氣孔（6)連接抽氣裝置（4)，氣壓檢測孔（7)連接高精度絕對氣壓計(jì)（5);頂板 (1)、底板（10)、立柱（12)組成整個(gè)裝置的承載主體，立柱（12)位于隧道結(jié)構(gòu)模型（9)內(nèi)部 與底板（10)粘結(jié)固定，將底板（10)、隧道結(jié)構(gòu)模型（9)、頂板（1)依次堆疊起來，底板（10) 與隧道結(jié)構(gòu)模型（9)密貼，立柱（12)比隧道結(jié)構(gòu)模型（9)高2?3mm ;頂板（1)、底板（10) 與隧道結(jié)構(gòu)模型（9)之間的縫隙用柔性密封條（3)進(jìn)行封堵。
[0012] 所述的裝置，接線柱（2)在頂板（1)的上、下面對稱布置。
[0013] 所述的裝置，隧道結(jié)構(gòu)模型（9)的幾何相似比為1 : 20?1 : 50,模型縱向長度 為 20 ?30cm。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0015] 1、無論是圓形還是非圓形斷面的隧道襯砌結(jié)構(gòu)，分離式還是連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)， 都可以采用本裝置實(shí)現(xiàn)高水壓作用下均勻水壓力的加載，研究隧道結(jié)構(gòu)的受力特征以及破 壞過程，對圓形和非圓形斷面的襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工給出科學(xué)合理的依據(jù)。
[0016] 2、不采用環(huán)箍鋼絞線的傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)而采用氣壓代替水壓的等效加載方法，更為 符合水壓的特性，可以實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)外表面的均勻應(yīng)力加載，不會(huì)造成應(yīng)力集中，使得試驗(yàn) 過程中應(yīng)變片的數(shù)據(jù)更符合實(shí)際；若考慮圍巖與水壓的共同作用，隧道結(jié)構(gòu)模型在圍巖壓 力作用下會(huì)向內(nèi)變形，但不會(huì)發(fā)生像鋼絞線那樣的應(yīng)力損失，不需要反復(fù)調(diào)整鋼絞線應(yīng)力， 因此其操作更為簡單。
[0017] 3、采用氣壓代替水壓的等效加載方法，可以模擬水不能抵抗剪切力的特性，不會(huì) 對隧道結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生附加約束，能真實(shí)反映隧道結(jié)構(gòu)破壞的過程；可以模擬水壓的滲透作 用，模擬水壓致裂的裂縫擴(kuò)展過程，以及裂縫貫通后水壓的卸載效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3是圖1的A-A橫剖面圖。
[0021] 圖4是圖1的B-B堅(jiān)剖面圖。
[0022] 圖5是立柱與底板的示意圖。
[0023] 圖6是模型內(nèi)部接線示意圖。
[0024] 圖7是模型內(nèi)部導(dǎo)線引出示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] 以下將以非圓形斷面隧道為例進(jìn)行本實(shí)用新型的詳細(xì)介紹，其他類型斷面只需將 裝置斷面稍作改動(dòng)即可。圖1-4示出，本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】是：一種用于隧道結(jié) 構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置，其包括：頂板1、底板10、立柱12、柔性密封條3、抽氣 裝置4、高精度絕對氣壓計(jì)5、隧道結(jié)構(gòu)模型9、電阻應(yīng)變片13,在隧道結(jié)構(gòu)模型9的內(nèi)、外表 面對稱環(huán)向粘貼電阻應(yīng)變片13,同時(shí)將內(nèi)表面應(yīng)變片13的導(dǎo)線11焊接好，外表面應(yīng)變片的 導(dǎo)線直接引出，與內(nèi)表面導(dǎo)線分組焊接在應(yīng)變箱上用于讀取數(shù)據(jù)。
[0027] 內(nèi)表面應(yīng)變片、外表面應(yīng)變片分別測量內(nèi)外表面應(yīng)變?chǔ)??、ε &在平截面假設(shè)條 件下，可以求出該截面的軸力Ν和彎矩Μ，公式如下：
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于隧道結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的均勻水壓模擬加載裝置，其特征在于，其包括：頂板 (1)、底板（10)、立柱（12)、柔性密封條（3)、抽氣裝置（4)、高精度絕對氣壓計(jì)（5)、隧道結(jié) 構(gòu)模型（9)、電阻應(yīng)變片（13)，在隧道結(jié)構(gòu)模型（9)的內(nèi)、外表面對稱環(huán)向粘貼電阻應(yīng)變片 (13)，同時(shí)將內(nèi)表面應(yīng)變片（13)的導(dǎo)線（11)焊接好，外表面應(yīng)變片的導(dǎo)線直接引出，與內(nèi) 表面應(yīng)變片的導(dǎo)線分組焊接在應(yīng)變箱上用于讀取數(shù)據(jù)，頂板（1)上設(shè)有接線柱（2)、抽氣孔 (6)、氣壓檢測孔（7)，抽氣孔（6)連接抽氣裝置（4)，氣壓檢測孔（7)連接高精度絕對氣壓 計(jì)（5);頂板（1)、底板（10)、立柱（12)組成整個(gè)裝置的承載主體，立柱（12)位于隧道結(jié)構(gòu) 模型（9)內(nèi)部與底板（10)粘結(jié)固定，將底板（10)、隧道結(jié)構(gòu)模型（9)、頂板（1)依次堆疊起 來，底板（10)與隧道結(jié)構(gòu)模型（9)密貼，立柱（12)比隧道結(jié)構(gòu)模型（9)高2?3mm ;頂板 (1)、底板（10)與隧道結(jié)構(gòu)模型（9)之間的縫隙用柔性密封條（3)進(jìn)行封堵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，接線柱（2)在頂板（1)的上、下面對稱布 置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，隧道結(jié)構(gòu)模型（9)的幾何相似比為 1 : 20?1 : 50,模型縱向長度為20?30cm。
【文檔編號】G01M99/00GK204101307SQ201420478212
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】崔戈, 徐晨, 郭建寧, 劉書斌, 方勇 申請人:西南交通大學(xué)