技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)隧道試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?

背景技術(shù)

目前，盾構(gòu)隧道由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，在城市軌道交通、越江跨海通道以及市政管道等的建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。盾構(gòu)隧道主要采用環(huán)向接頭將多個(gè)弧形的單層襯砌管片拼接成管片環(huán)，再通過(guò)縱向接頭將管片環(huán)以通縫或錯(cuò)縫方式拼裝成盾構(gòu)隧道。由于工程水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、隧道規(guī)模及細(xì)部構(gòu)造的差異，以及盾構(gòu)隧道對(duì)工程安全的高要求，通常需要通過(guò)模型試驗(yàn)研究揭示盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。鑒于盾構(gòu)隧道管片接頭的復(fù)雜性，在實(shí)施盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)過(guò)程中，如何考慮盾構(gòu)隧道管片接頭的力學(xué)效應(yīng)是一個(gè)重要的問(wèn)題。?

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在已有的模型試驗(yàn)中，模擬盾構(gòu)隧道的力學(xué)特性采用的相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕幸韵聝煞N：?

第一種相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵孕拚龖T用法作為理論依據(jù)，用管片襯砌環(huán)整體抗彎剛度的降低等效盾構(gòu)隧道管片接頭部位抗彎剛度的降低，來(lái)考慮管片環(huán)向接頭對(duì)盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響。從而采用材質(zhì)均勻金屬管、有機(jī)材料管等圓形結(jié)構(gòu)作為相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧希鶕?jù)盾構(gòu)隧道橫向剛度等效原則，確定出相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵r砌厚度，該相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠囼?yàn)過(guò)程中僅能近似模擬管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)特征，但是由于無(wú)法反映管片襯砌接頭部位的局部應(yīng)力集中效應(yīng)及接頭轉(zhuǎn)動(dòng)等力學(xué)特性，模型試驗(yàn)得到的隧道管片的內(nèi)力和變形規(guī)律與原型隧道差別較大。?

第二種相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橥瑵?jì)大學(xué)發(fā)明專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)：CN101299008A)，該模型管片采用配置的相似材料整體澆注而成，對(duì)于環(huán)向接頭、縱向接頭的剛度弱化效應(yīng)，通過(guò)在對(duì)應(yīng)于環(huán)向接頭、縱向接頭部位的管片環(huán)外側(cè)切割出相應(yīng)的凹槽予以實(shí)現(xiàn)，凹槽深度根據(jù)等效剛度原理通過(guò)計(jì)算進(jìn)行確定。?

上述兩種模型中，第二種相似模型由于其在處理管片接頭該模型在一定程度上保證了模型相似比的要求，與實(shí)際情況更為接近，因此被廣泛接受并使用。但實(shí)際上管片環(huán)在以豎向荷載為主的外荷載作用下，其不同部位的變形及內(nèi)力?分布是有區(qū)別的：拱頂、拱底部位受正彎矩作用，位移指向管片內(nèi)側(cè)，該部位管片環(huán)內(nèi)側(cè)受拉；左拱腰、右拱腰部位受負(fù)彎矩作用，位移指向管片外側(cè)，該部位管片環(huán)外側(cè)受拉。實(shí)際管片環(huán)的接頭（相鄰管片的螺栓連接部位）應(yīng)表現(xiàn)為管片環(huán)受拉側(cè)張開(kāi)，而該模型用于模擬管片接頭的凹槽均開(kāi)在管片環(huán)外側(cè)，導(dǎo)致管片環(huán)位于拱頂及拱底的接頭（內(nèi)側(cè)連續(xù)，無(wú)凹槽）無(wú)法張開(kāi)，從而造成不該有的應(yīng)力集中，其變形及受力狀態(tài)與實(shí)際不相符合。試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大，尤其在模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)承受極限荷載發(fā)生大變形及漸進(jìn)性破壞時(shí)，這種由于接頭處理方式帶來(lái)的誤差更將會(huì)被放大。難以對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)提供準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ停摲N試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚋玫哪M盾構(gòu)隧道管片接頭部位的力學(xué)特性，尤其可以很好的模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌的大變形及漸進(jìn)性破壞過(guò)程；試驗(yàn)誤差小，能對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)加固提供更加準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄓ上嗨撇牧险w澆注而成管片環(huán)、管片環(huán)上開(kāi)有模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽，其特征在于：所述的管片環(huán)分為上部區(qū)域、下部區(qū)域、左側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域；上部區(qū)域和下部區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽開(kāi)在管片環(huán)的內(nèi)側(cè)，左側(cè)、右側(cè)區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽開(kāi)在管片環(huán)的外側(cè)。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：?

本發(fā)明在采用凹槽模擬接頭部位剛度弱化時(shí)，考慮了管片環(huán)不同部位在外荷載下的受力及變形特性，對(duì)整個(gè)管片環(huán)進(jìn)行了分區(qū)處理：其中，上部、下部（拱頂、拱底）區(qū)域受正彎矩作用，位移指向管片內(nèi)側(cè)，該區(qū)域管片環(huán)內(nèi)側(cè)受拉，相應(yīng)的凹槽開(kāi)在管片環(huán)內(nèi)側(cè)；而左側(cè)、右側(cè)（左拱腰、右拱腰）區(qū)域受負(fù)彎矩作用，位移指向管片外側(cè)，該區(qū)域管片環(huán)外側(cè)受拉，相應(yīng)的凹槽開(kāi)在管片環(huán)外側(cè)。從而實(shí)現(xiàn)了管片環(huán)在受拉側(cè)開(kāi)槽，在外荷載作用下可以正確模擬管片環(huán)所有接頭的張開(kāi)效應(yīng)，消除不該有的應(yīng)力集中，使其變形及受力狀態(tài)與實(shí)際相符，進(jìn)而減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。尤其在模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)承受極限荷?載發(fā)生大變形及漸進(jìn)性破壞時(shí)，這種接頭處理方式使試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖冃巍⑹芰Α⑵茐募笆Х€(wěn)等更符合實(shí)際管片環(huán)相關(guān)特性，更為顯著地減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。從而能對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)提供更準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。?

上述的管片環(huán)的上部區(qū)域、下部區(qū)域、左側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域均分，即每個(gè)區(qū)域的弧度為90°。?

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。?

附圖說(shuō)明