本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，具體而言，涉及一種梯度加壓實驗裝置及梯度加壓法。

背景技術(shù)：

隧道是修建在地下或水下或者在山體中，鋪設(shè)鐵路或修筑公路供機動車輛通行的建筑物。根據(jù)其所在位置可分為山嶺隧道、水下隧道和城市隧道三大類。隨著工程設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，隧道已成為一種十分常見的建筑形式。隧道相關(guān)技術(shù)的發(fā)展離不開模擬實驗。在模擬實驗中，需要滿足靜力效應(yīng)等效、動力效應(yīng)等效、邊界效應(yīng)等效三個原則。

現(xiàn)有的針對隧道模型的實驗方法受限于現(xiàn)有的實驗箱結(jié)構(gòu)，不能準(zhǔn)確地模擬隧道的真實受力情況，使得實驗結(jié)果與實際值偏差較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種梯度加壓實驗裝置及梯度加壓法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中隧道模型實驗裝置及實驗法存在的上述問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種梯度加壓實驗裝置，包括加壓組件和隧道模型實驗裝置；

所述加壓組件包括分隔架和多個加壓袋，所述分隔架上形成多個互相分隔的容置空間，所述加壓袋與所述容置空間適配；

所述加壓袋上設(shè)有加壓進口，用于向加壓袋中輸入液體或氣體；

所述隧道模型實驗裝置上形成空腔，所述加壓組件與所述空腔的側(cè)壁適配。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，所述分隔架包括第一連接桿和與所述第一連接桿相對設(shè)置的第二連接桿，所述第一連接桿和所述第二連接桿之間架設(shè)分隔桿，所述分隔桿、所述第一連接桿和所述第二連接桿圍成多個互相分隔的容置空間。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，所述加壓袋上設(shè)有加壓管道，所述加壓管道一端與所述加壓進口相連。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，所述加壓袋與壓力計相連。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，所述隧道模型實驗裝置包括側(cè)板組件和端面板組件，所述側(cè)板組件與所述端面板組件圍成空腔；

所述側(cè)板組件包括三個以上的側(cè)板，多個所述側(cè)板依次鉸接并使所述側(cè)板組件形成柱體結(jié)構(gòu)；

所述端面板組件包括第一端面板和第二端面板，所述第一端面板與所述第二端面板相對設(shè)置，所述第一端面板與所述側(cè)板組件一端相連，所述第二端面板與所述側(cè)板組件另一端相連；

所述側(cè)板組件包括第一側(cè)板和連接于第一側(cè)板兩端的第二側(cè)板和第三側(cè)板，所述第一側(cè)板和所述第三側(cè)板可拆卸地相連。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，所述側(cè)板組件還包括第四側(cè)板，所述第一側(cè)板和所述第四側(cè)板相對設(shè)置，所述第二側(cè)板和所述第三側(cè)板相對設(shè)置，所述側(cè)板組件上的各側(cè)板依次鉸接；

所述第一端面板包括第一葉片和第一連接件，所述第一連接件上包括葉片連接部和兩個側(cè)板連接部，所述葉片連接部與所述第一葉片固定相連，其中一個所述側(cè)板連接部與所述第二側(cè)板鉸接，另一個所述側(cè)板連接部與所述第三側(cè)板鉸接。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，所述第一端面板還包括第二葉片、第三葉片、第二連接件和第三連接件，所述第一葉片與所述第二葉片部分重疊，所述第二葉片與所述第三葉片部分重疊；

所述第二連接件與所述第二葉片固定相連，所述第二連接件與所述第二側(cè)板和所述第三側(cè)板鉸接；

所述第三連接件與所述第三葉片固定相連，所述第三連接件與所述第二側(cè)板和所述第三側(cè)板鉸接。

一種梯度加壓法，基于上述的梯度加壓實驗裝置，所述梯度加壓法包括以下步驟：

a.將所述加壓袋置于所述容置空間中，將所述加壓組件置于所述空腔并與所述空腔的壁面貼合；

b.在所述空腔中加入地層模擬材料；

c.將地下結(jié)構(gòu)模型放入所述空腔中；

d.在所述空腔中加入地層模擬材料，使所述地層模擬材料覆蓋所述地下結(jié)構(gòu)模型；

e.向各加壓袋中加壓。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，步驟e是通過向加壓袋中充入氣體實現(xiàn)的。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，步驟e是通過向加壓袋中充入液體實現(xiàn)的。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過上述設(shè)計得到的梯度加壓實驗裝置及梯度加壓法，使用時，可以給施加呈特定規(guī)律分布的壓力，從而得到符合各類地層條件的壓力分布和實驗結(jié)果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施方式的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本發(fā)明實施方式提供的梯度加壓實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施方式提供的加壓袋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施方式提供的隧道模型實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施方式提供的隧道模型實驗裝置在剪切狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施方式提供的第一側(cè)板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施方式提供的第一端面板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實施方式提供的第一端面板在剪切狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明實施方式提供的第一連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是利用本發(fā)明實施方式提供的梯度加壓實驗裝置進行梯度加壓的示意圖。

圖標(biāo)：100-隧道模型實驗裝置；110-側(cè)板組件；130-端面板組件；150-阻尼組件；111-第一側(cè)板；112-第二側(cè)板；113-第三側(cè)板；114-第四側(cè)板；131-第一端面板；133-第一連接件；134-第二連接件；135-第三連接件；1112-側(cè)板基體；1114-第一側(cè)板邊翼；1116-第二側(cè)板邊翼；1311-第一葉片；1312-第二葉片；1313-第三葉片；1314-連接座；1331-葉片連接部；1333-側(cè)板連接部；1118-第一連接孔；1128-第二連接孔；1119-第一轉(zhuǎn)軸；200-加壓組件；210-分隔架；230-加壓袋；211-第一連接桿；213-第二連接桿；215-分隔桿；217-容置空間；231-袋體；233-加壓管道；235-壓力計；237-閥門；001-梯度加壓實驗裝置。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式中的附圖，對本發(fā)明實施方式中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發(fā)明一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒景l(fā)明中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發(fā)明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施方式?；诒景l(fā)明中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置關(guān)系的術(shù)語為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

實施例：

本實施例提供了一種梯度加壓實驗裝置001，請參閱圖9，這種梯度加壓實驗裝置001包括加壓組件200和隧道模型實驗裝置100。

請參閱圖1，加壓組件200包括分隔架210和加壓袋230。

分隔架210包括第一連接桿211和第二連接桿213，第一連接桿211和第二連接桿213相對設(shè)置。第一連接桿211和第二連接桿213之間架設(shè)有分隔桿215。分隔桿215、第一連接桿211和第二連接桿213圍成多個互相分隔的容置空間217。

請參閱圖2，加壓袋230包括袋體231和加壓管道233。袋體231上設(shè)有加壓進口，加壓管道233一端與加壓進口相連。加壓管道233上還連接有壓力計235和閥門237，加壓管道233另一端用于與液泵或氣泵相連。

袋體231與容置空間217相適配。

隧道模型實驗裝置100包括側(cè)板組件110、端面板組件130和阻尼組件150。側(cè)板組件110和端面板組件130圍成一空腔。

側(cè)板組件110包括第一側(cè)板111、第二側(cè)板112、第三側(cè)板113和第四側(cè)板114，第一側(cè)板111、第二側(cè)板112、第三側(cè)板113和第四側(cè)板114依次鉸接并圍成橫截面為矩形的柱體。

具體的，第一側(cè)板111與第四側(cè)板114相對設(shè)置，第二側(cè)板112與第三側(cè)板113相對設(shè)置。第一側(cè)板111一端與第二側(cè)板112相連，第一側(cè)板111另一端與第三側(cè)板113相連。

第一側(cè)板111上設(shè)有第一連接孔1118，第二側(cè)板112上設(shè)有第二連接孔1128，第一轉(zhuǎn)軸1119依次穿過第一連接孔1118和第二連接孔1128，從而實現(xiàn)第一側(cè)板111與第二側(cè)板112的轉(zhuǎn)動相連。

進一步的，第一側(cè)板111與第三側(cè)板113之間、第四側(cè)板114與第三側(cè)板113之間、第四側(cè)板114與第二側(cè)板112之間，均可采用與第一側(cè)板111和第二側(cè)板112相同的連接方式。

請參閱圖5，進一步的，第一側(cè)板111包括側(cè)板基體1112、第一側(cè)板邊翼1114和第二側(cè)板邊翼1116。第一側(cè)板邊翼1114和第二側(cè)板邊翼1116分設(shè)于側(cè)板基體1112兩端，第一側(cè)板邊翼1114與第二側(cè)板邊翼1116與側(cè)板基體1112相連。具體的，第一側(cè)板邊翼1114和第二側(cè)板邊翼1116垂直于側(cè)板基體1112。

進一步的，第二側(cè)板112、第三側(cè)板113和第四側(cè)板114均采用與第一側(cè)板111相同的結(jié)構(gòu)。請參閱圖3及圖4，各側(cè)板上的側(cè)板邊翼可互不干擾地相對錯動。

端面板組件130包括第一端面板131和第二端面板(圖中未示出)。第一端面板131與第二端面板相對設(shè)置。第一端面板131連接于側(cè)板組件110一端，第二端面板連接于側(cè)板組件110另一端。

請參閱圖3及圖4，進一步的，第一側(cè)板111、第二側(cè)板112、第三側(cè)板113和第四側(cè)板114上的側(cè)板邊翼覆蓋于第一端面板131和第二端面板上。

請參閱圖6及圖7，進一步的，第一端面板131包括第一葉片1311、第二葉片1312和第三葉片1313。第一葉片1311通過第一連接件133與側(cè)板組件110相連。該連接具體是這樣實現(xiàn)的：

請參閱圖8，第一連接件133上設(shè)有兩個葉片連接部1331和兩個側(cè)板連接部1333，兩個葉片連接部1331和兩個側(cè)板連接部1333均布于桿狀結(jié)構(gòu)的第一連接件133基體上，兩個側(cè)板連接部1333分布于兩個葉片連接部1331的兩端。葉片連接部1331與第一葉片1311固定相連，兩個側(cè)板連接部1333分別與第二側(cè)板112和第三側(cè)板113鉸接。

第二葉片1312和第三葉片1313以同樣的方式與側(cè)板組件110相連。第二葉片1312位于第一葉片1311與第三葉片1313之間，且第一葉片1311與第二葉片1312部分重疊，第二葉片1312與第三葉片1313部分重疊。

第二端面板與第一端面板131結(jié)構(gòu)相同。

進一步的，第一端面板131與第二端面板均采用透明材料制成，從而方便實驗人員觀察隧道模型實驗裝置100的內(nèi)部情況。

阻尼組件150包括兩個阻尼器。兩個阻尼器相互交叉地連接于側(cè)板組件110上各側(cè)板的鉸接軸上。即：其中一個阻尼器一端連接于第一側(cè)板111與第二側(cè)板112的鉸接軸上，另一端連接于第三側(cè)板113與第四側(cè)板114的鉸接軸上；另一個阻尼器一端連接于第一側(cè)板111與第三側(cè)板113的鉸接軸上，另一端連接于第三側(cè)板113與第二側(cè)板112間的鉸接軸上。

進一步的，阻尼器兩端為鉤狀結(jié)構(gòu)，鉤狀結(jié)構(gòu)與側(cè)板組件110上各側(cè)板間的鉸接軸配合，即實現(xiàn)阻尼器的連接。

具體的，阻尼器為彈性件。

需要說明的是：在本發(fā)明的其他的實施方式中，側(cè)板組件110上的側(cè)板個數(shù)不限于四個，凡能實現(xiàn)隧道模型實驗裝置100的剪切變形的側(cè)板個數(shù)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)；

在本發(fā)明的其他實施方式中，第一端面板131上的葉片個數(shù)不限于三個，而是可以為任何正整數(shù)；

在本發(fā)明實施例中，設(shè)置阻尼組件150的目的是，使阻尼組件150為隧道模型實驗裝置100提供阻尼，具體的，可以選用彈性阻尼、粘性阻尼、塑性阻尼、彈-黏-塑性組合性阻尼等形式的阻尼組件150，還可以將阻尼組件150設(shè)置為剛性索，當(dāng)阻尼組件150設(shè)置為剛性索時，隧道模型實驗裝置100即為剛性箱；

第一端面板131和第二端面板設(shè)置為透明材料的目的是，便于實驗人員對隧道模型實驗裝置100內(nèi)部情況進行觀察，當(dāng)然，在本發(fā)明的其他的實施方式中，第一端面板131和第二端面板還可以設(shè)置為不透明材料。

加壓組件200與隧道模型實驗裝置100的空腔尺寸相適配，即：加壓組件200可與隧道模型實驗裝置100的壁面相貼合。

基于該梯度加壓實驗裝置001的梯度加壓法包括以下步驟：

a.將所述加壓袋230置于所述容置空間217中，將所述加壓組件200置于所述空腔并與所述空腔的壁面貼合；

b.在所述空腔中加入地層模擬材料；

c.將地下結(jié)構(gòu)模型放入所述空腔中；

d.在所述空腔中加入地層模擬材料，使所述地層模擬材料覆蓋所述地下結(jié)構(gòu)模型；

e.向各加壓袋230中加壓。

進一步的，加壓袋230可以是氣囊或水囊，步驟e可以通過向加壓袋230中充入氣體或液體來實現(xiàn)。當(dāng)向加壓袋230中充入氣體時，氣體的體積可有一定程度的壓縮，因此可用于模擬柔性加載；當(dāng)向加壓袋230中充入液體時，液體的體積不可壓縮，因此可用于模擬剛性加載。加壓管道233上連接有壓力計235和閥門237，使得實驗人員可以將各加壓袋230中的流體壓力控制在特定值。

由于各個容置空間217互相分隔，故可以單獨控制各個加壓袋230內(nèi)壓力大小，從而施加具有各種分布規(guī)律(如梯度分布規(guī)律)的載荷(請參閱圖9)。

由于實際情況中，地層中的壓力并不是均值分布，因此，本發(fā)明所提供的梯度加壓實驗裝置001和梯度加壓法，有助于得到更貼近于實際的實驗結(jié)果，從而提高模擬實驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性和實驗結(jié)果的可靠性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。