[發明專利]巖石隧道振動臺試驗模擬圍巖地應力的自加載裝置

無效

• 申請號: 201210096526.5
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102620899A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 陶連金;侯森;趙旭;張波;黃俊
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術領域

本發明屬于地下工程試驗儀器技術領域，涉及一種用于巖石隧道振動臺試驗模擬圍巖地應力的自加載裝置。

背景技術

汶川地震中，多座隧道遭到嚴重受損，出現了襯砌開裂、底板隆起、鋼筋出露、隧道滲水等現象。隨著公路隧道的大規模建設，對地下結構開展抗震、減震研究正逐漸得到人們的關注，振動臺試驗是目前開展隧道抗震性能研究的有效手段之一。由于公、鐵路隧道往往埋深較大，發生地震時，隧道結構在高地應力作用狀態下隨圍巖共同運動，但由于目前振動臺條件的限制，還無法在振動臺上模擬隧道真實承受地應力的狀態。已做的模擬巖石隧道的振動臺試驗，初始應力場基本上都不滿足相似定律，未考慮對試驗模型的加載，這樣便與實際事實不符。因此，在巖石隧道的大型振動臺試驗中，對初始應力場的模擬，且對試驗模型在不同初始地應力狀態下的模擬一直是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種價格低、可靠性高，適用于巖石隧道振動臺試驗中圍巖地應力的模擬裝置。克服目前無法施加、試驗嚴重失真的不足，解決地震條件下，圍巖地應力的模擬問題。

巖石隧道振動臺試驗模擬圍巖地應力的自加載裝置，包括氣囊，空氣壓縮機，減壓閥，帶有4個側板、一個頂蓋和一個基座的模型箱體，其中前側板上留有觀察孔，前側板(1)由三塊鋼板組成，模型箱體的左側板外側與基座之間設有斜支撐(2)，模型箱體的右側板外側與基座之間設有斜支撐(2)，用于提高模型箱體剛度并提高其自振頻率，對左側板(3)進行改造，在左側板(3)內部縱向均勻設置至少兩個千斤頂(4)，在模型箱體內部設置一塊與左側板(3)平行的內置板(5)，內置板(5)與模型箱體接觸的四周包有橡膠，千斤頂(4)推動內置板(5)產生水平方向位移，用于提供側向壓力；空氣壓縮機(6)為氣囊(7)充氣，減壓閥控制氣囊(7)的壓力；氣囊(7)置于模型箱體內部，用于提供豎向壓力；在模型箱體基座的相對兩個面上安裝成對的鎖扣(8)，用于在自加載裝置工作時，固定模型箱體的頂蓋和側板，保證頂蓋不脫離側板并保證模型箱體的整體剛度。

所述鎖扣(8)為帶有加勁肋的槽鋼，所述鎖扣(8)共有兩對，每對鎖扣(8)底部通過鉚釘與基座相連，使用時每對鎖扣(8)分別與前后側板密貼，并且通過鋼筋及螺栓對每對鎖扣(8)的頂部進行連接，用于提高模型箱體的整體剛度并固定頂蓋。

所述斜支撐(2)為角鋼，通過螺栓與左右側板和基座相連。

模型箱體的4個側板之間以及4個側板和基座通過螺栓進行固定。

有益效果

第一、將本裝置應用于振動臺試驗中，可對試驗模型進行豎向以及橫向的加載，能較好的還原其真實的初始地應力狀態。

第二、利用本裝置可模擬在不同初始地應力條件下，試驗模型的動力響應。

第三、采用氣囊加載方式，使加載更加持久、穩定，且其質量較小，可以最大程度的減小試驗箱體的重量，并較真實的反應試驗模型的震動反應。

附圖說明

圖1為實施例的主視圖；

圖2為實施例的剖面圖；

圖3為實施例的側視圖；

圖中，1、前側板，2、斜支撐，3、左側板，4、千斤頂，5、內置板，7、氣囊，8、鎖扣，9、后側板

具體實施方法

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明的實施例作進一步詳細的說明。

參照圖2，圖2為本發明巖石隧道振動臺試驗模擬圍巖地應力的自加載裝置的剖面圖。

具體試驗時，具體操作方式描述如下：

1、試驗前準備工作及試驗模型的澆筑：準備試驗所需的相似材料、傳感器以及數據采集器，并檢查所需儀器設備是否正常，利用模型箱對試驗模型進行分層澆筑，并養護使試驗模型充分干燥。

2、模型箱的安裝：先將基座吊裝至振動臺，然后將先前澆筑完成的試驗模型置于基座中部，將左右側板用螺栓與基座連接，接著將后側板用螺栓與基座以及左右側板連接，然后用螺栓將千斤頂與左側板連接，并放置內置板在千斤頂與模型之間，最后安裝前側板，用螺栓將前側板與基座以及左右側板連接，并將氣囊放置到試驗模型之上。為了保證左右側板的強度，在左右側板外還加裝了交叉斜肋，如圖3所示。

3、模型箱的蓋裝：待箱體基本組裝完畢后，將頂蓋吊裝至氣囊之上，并將兩對鎖扣提起，用以扣緊頂蓋，接著將兩頭帶有螺紋的鋼筋穿過兩對鎖扣頂部的預留孔，然后用螺栓進行連接，如圖3所示。

4、千斤頂加載：利用伺服控制千斤頂，千斤頂推動內置板，內置板四周貼以橡膠，保證內置板產生位移，對試驗模型進行側向加載。