本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，具體而言，涉及一種擬動力實驗方法。

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，需要滿足靜力效應等效、動力效應等效、邊界效應等效三個原則。

現(xiàn)有的動力實驗需要通過振動臺為實驗箱輸入動力，使得實驗成本高。而現(xiàn)有的針對隧道模型的擬動力實驗方法受限于現(xiàn)有的實驗箱結(jié)構(gòu)，故只能通過計算機聯(lián)機實驗的方式實驗，而聯(lián)機實驗對計算機的性能、實驗人員對數(shù)值分析方法的掌握程度均具有較高的要求，且實驗結(jié)果與實際依然存在較大差距。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種擬動力實驗方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中擬動力實驗方法存在的上述問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種擬動力實驗方法，采用隧道模型實驗裝置，隧道模型實驗裝置包括側(cè)板組件、阻尼組件和端面板組件，側(cè)板組件與端面板組件圍成空腔；

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

多個側(cè)板上相對設(shè)置的鉸接點之間通過阻尼組件相連；

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

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，第一側(cè)板和第三側(cè)板可拆卸地相連；

擬動力實驗方法包括以下步驟：

a.打開第一側(cè)板，在空腔中置入地層模擬材料；

b.在空腔中置入地下結(jié)構(gòu)模型；

c.在空腔中置入地層模擬材料，使地層模擬材料覆蓋地下結(jié)構(gòu)模型；

d.將隧道模型實驗裝置固定于地面，使隧道模型實驗裝置的第一側(cè)板朝上；

e.在第一側(cè)板所在的一端輸入位移載荷。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，在進行e步驟的同時還包括以下步驟：

f.對地層模擬材料施加壓力。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，在f步驟中，將加壓袋置于空腔中，使加壓袋膨脹。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，加壓袋為氣囊或水囊。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，多個側(cè)板上相對設(shè)置的鉸接點之間通過阻尼組件可拆卸地相連。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，在e步驟之后還包括以下步驟：

g.更換阻尼大小不同的阻尼組件，重復步驟a、b、c、d、e。

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

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

在本發(fā)明的較佳的實施例中，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，第一葉片與第二葉片部分重疊，第二葉片與第三葉片部分重疊；

第二連接件與第二葉片固定相連，第二連接件與第二側(cè)板和第三側(cè)板鉸接；

第三連接件與第三葉片固定相連，第三連接件與第二側(cè)板和第三側(cè)板鉸接。

在本發(fā)明的較佳的實施例中，采用側(cè)板包括側(cè)板基體和兩個側(cè)板邊翼，兩個側(cè)板邊翼分設(shè)于側(cè)板基體兩側(cè)，側(cè)板邊翼與側(cè)板基體呈夾角地固定相連。

一種擬動力實驗方法，采用隧道模型實驗裝置，隧道模型實驗裝置包括側(cè)板組件、阻尼組件和端面板組件，側(cè)板組件與端面板組件圍成空腔；

側(cè)板組件包括第一側(cè)板、第二側(cè)板、第三側(cè)板和第四側(cè)板，第一側(cè)板和第三側(cè)板可拆卸地相連，第一側(cè)板和第四側(cè)板相對設(shè)置，第二側(cè)板和第三側(cè)板相對設(shè)置，上述各側(cè)板之間鉸接相連并使側(cè)板組件形成柱體結(jié)構(gòu)；

多個側(cè)板上相對設(shè)置的鉸接點之間通過阻尼組件相連；

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

擬動力實驗方法包括以下步驟：

a.打開第一側(cè)板，在空腔中置入地層模擬材料；

b.在空腔中置入地下結(jié)構(gòu)模型；

c.在空腔中置入地層模擬材料，使地層模擬材料覆蓋地下結(jié)構(gòu)模型；

d.將隧道模型實驗裝置固定于地面，使隧道模型實驗裝置的第一側(cè)板朝上；

e.在第一側(cè)板所在的一端輸入位移載荷。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過上述設(shè)計得到的擬動力實驗方法，使用時，通過在第一側(cè)板所在的一端輸入位移載荷，對地下結(jié)構(gòu)進行模擬動力實驗，其本質(zhì)是以靜力分析的方式進行動力分析，故稱為擬動力實驗。擬動力實驗可以在避免頻繁使用振動臺的情況下進行動力分析，從而極大地節(jié)約了實驗成本。同時，該擬動力實驗方法基于隧道模型實驗裝置，突破了傳統(tǒng)擬動力實驗方法只能通過聯(lián)機方法進行的限制，避免了聯(lián)機實驗的種種缺陷，實驗人員無需精通相關(guān)軟件即可進行實驗，從而便于實驗人員設(shè)計實驗及進行誤差分析。

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，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應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)明實施方式提供的隧道模型實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施方式提供的隧道模型實驗裝置在剪切狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3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4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5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6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。

圖標：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。

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。基于本發(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”等術(shù)語應做廣義理解，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擬動力實驗方法，該擬動力實驗方法采用了隧道模型實驗裝置100。

請參閱圖1，這種隧道模型實驗裝置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3，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1及圖2，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1及圖2，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4及圖5，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6，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，為隧道模型實驗裝置100提供阻尼，可以選用彈性阻尼、粘性阻尼、塑性阻尼、彈-黏-塑性組合性阻尼等阻尼形式的阻尼組件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。

這種采用隧道模型實驗裝置100的擬動力實驗方法包括以下步驟：

a.打開第一側(cè)板111，在空腔中置入地層模擬材料；

b.在空腔中置入地下結(jié)構(gòu)模型；

c.在空腔中置入地層模擬材料，使地層模擬材料覆蓋所述地下結(jié)構(gòu)模型；

d.將隧道模型實驗裝置100固定于地面，使隧道模型實驗裝置100的第一側(cè)板111朝上；

e.在第一側(cè)板111所在的一端輸入位移載荷。

在模擬地層材料和地下結(jié)構(gòu)模型裝填好后，在第一側(cè)板111一端輸入位移載荷，此時隧道模型實驗裝置100的截面產(chǎn)生形變，使得面積變小，空腔中的模擬地層材料和地下結(jié)構(gòu)模型都將由于隧道模型實驗裝置100的形變而受到壓力。對地下結(jié)構(gòu)模型進行受力分析，即可模擬分析地震中某一瞬時的地下結(jié)構(gòu)的受力情況。

這種分析方法的本質(zhì)是對隧道模型實驗裝置100在振動中的某一瞬間進行狀態(tài)模擬和靜力分析，是通過靜力分析的手段分析動態(tài)過程，故稱為擬動力實驗。

現(xiàn)有技術(shù)中的擬動力實驗只能通過聯(lián)機的方式進行，本發(fā)明提供的隧道模型實驗裝置100和擬動力實驗方法使得擬動力的實體實驗變?yōu)榱丝赡?，避免了?lián)機實驗的種種弊端。另外，擬動力實驗方法可以通過靜力方法進行動力分析，無需開啟振動臺，從而可以降低對實驗室的設(shè)備要求，且極大地節(jié)約實驗成本。

由于隧道模型實驗裝置100上的各側(cè)板間的連接方式為鉸接，因此，在實驗過程中，隧道模型實驗裝置100允許地層模擬材料隨著隧道模型實驗裝置100的振動發(fā)生剪切變形，且這種變形過程與真實過程較為接近，不會存在“抽屜式”自由滑動的失真現(xiàn)象；另外，由于各側(cè)板與端面板為剛性板，在實驗過程中，不會由于側(cè)板和端面板的剛性不足而導致無法為地層模擬材料提供足夠的約束力，也可以避免由于板的變形而產(chǎn)生“拱效應”導致失真，從而使得側(cè)板隨著隧道模型實驗裝置100的形變而對模擬地層材料施加壓力變?yōu)榱丝赡堋?/p>

進一步的，為了模擬深埋或圍壓較大的隧道的受力情況，在進行步驟e的同時，還可以進行以下步驟：

f.對地層模擬材料施加壓力。

步驟f具體可以這樣實現(xiàn)：

在側(cè)板組件110和端面板組件130圍成的空腔中放入加壓袋，待地層模擬材料和模擬地下結(jié)構(gòu)被安置好后，向加壓袋內(nèi)充氣或充液。由于各側(cè)板和端面板均為剛性板，加壓袋內(nèi)的壓力將完全作用于地層模擬材料，從而使得地層模擬材料受到靜壓力，模擬深埋或圍壓較大的隧道的受力環(huán)境。

具體的，加壓袋可以為氣囊或水囊。

需要說明的是，在擬動力實驗方法中，步驟a、步驟b、步驟c、步驟d的順序可以有各種改變，在本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，對以上各步驟的編號不包含對實施順序的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要對以上步驟的實施順序做出調(diào)整，這些調(diào)整均應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

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，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。