[實用新型]隧道襯砌結(jié)構(gòu)均布加載試驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520032397.2
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN204330377U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭軍;吳夢軍;丁浩;黃倫海;程崇國;王芳其;鄭欣;陳棚;廖峻;郭鴻雁
• 申請（專利權(quán)）人: 招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于隧道工程領(lǐng)域，具體涉及一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)均布加載試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隧道承載性能試驗是對隧道襯砌的承載性能進行測試和評價的過程。具體方法是以隧道襯砌及其周邊3～5倍洞徑的圍巖作為研究對象，并置于長方形的模型箱中；以地應(yīng)力作為邊界壓力在模型箱邊界上加載，該壓力首先作用于圍巖上，圍巖內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力和各向異性正應(yīng)力傳遞至隧道襯砌上，使其受載；通過逐級加載邊界壓力，直至隧道襯砌被破壞。

現(xiàn)有技術(shù)中的試驗過程主要存在以下幾點不足：

(1)圍巖與襯砌共同受力：隧道襯砌的受力需通過圍巖傳遞荷載，不能直接對隧道襯砌加載，難以直接研究隧道襯砌的自身承載性能；

(2)普通圍巖所模擬的工程巖體為高摩擦、高黏聚力的材料，可傳遞量級與邊界應(yīng)力相當(dāng)?shù)募魬?yīng)力，這種受力方式?jīng)Q定了傳遞到多心圓形式的隧道襯砌背后的壓力都是非均布力，且量級明顯小于邊界上的加載應(yīng)力，即存在應(yīng)力打折現(xiàn)象；

(3)圍巖屬于高摩擦、巖石類彈塑性材料，進入高壓階段后，傳遞到隧道襯砌背后的壓力是非可控的、是事先未知的，必須通過測試才能確知，且因壓力的非均布性，無法準(zhǔn)確評價隧道襯砌的整體承載性能及其整體剛度變化；

(4)采用不同的圍巖材料時，同一種隧道襯砌內(nèi)部產(chǎn)生的軸力和彎矩大小不同，產(chǎn)生的部位也不同，因此整體承載性能不一致，無法對運營中隧道襯砌的承載性能作出評價；

(5)由于需要考慮隧道襯砌周邊3～5倍洞徑范圍內(nèi)的圍巖，所采用的相似比太小，一般為1:50～1:100，與原型結(jié)果相差較大；

(6)比例尺小，隧道襯砌相似模型跨度一般為0.4～0.6m，難以進行病害隧道襯砌加固試驗，例如內(nèi)貼彈纖維、內(nèi)貼鋼帶等加固方法；難以進行試驗現(xiàn)象觀測，如裂縫擴展及其檢測，從而無法科學(xué)評價運營中病害隧道襯砌經(jīng)加固后的承載性能提升效果。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種用于隧道襯砌承載性能評估與加固試驗，無需考慮圍巖分擔(dān)荷載條件下的隧道襯砌結(jié)構(gòu)均布加載試驗系統(tǒng)。

為達到上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)均布加載試驗系統(tǒng)，包括加壓系統(tǒng)、模型箱及設(shè)置在模型箱內(nèi)的隧道襯砌，所述加壓系統(tǒng)為一榀鋼框架加壓系統(tǒng)，主要由邊梁、頂部橫梁及設(shè)置在邊梁與頂部橫梁上的油缸組成，所述模型箱主要由前板、后板、頂板、底板、左側(cè)板、右側(cè)板及傳力板組成，所述傳力板固定在前、后、頂、左側(cè)及右側(cè)板上并與油缸相對應(yīng)，所述底板上設(shè)有滑輪；所述前板與后板上對應(yīng)開設(shè)有隧道襯砌輪廓孔，所述隧道襯砌設(shè)置在輪廓孔內(nèi)，所述輪廓孔底部設(shè)有支撐托板；所述模型箱與隧道襯砌之間的填充料為水、油或潤滑脂，所述模型箱為經(jīng)過密閉處理的密封模型箱；所述模型箱的長度為400～450cm，寬度為240～270cm，高度為80～90cm；所述隧道襯砌跨度為120～135cm，高度為90～101cm，厚度為5～20cm。

進一步，所述模型箱上各縫隙間填充有瀝青。

進一步，所述模型箱內(nèi)貼有防水板。

進一步，所述模型箱內(nèi)的頂板與底板上對應(yīng)鋪設(shè)有不透水粘土層，所述不透水粘土層厚度為9～11cm。

進一步，所述模型箱內(nèi)貼有防水板，所述防水板與隧道襯砌間通過橡膠板連接，所述防水板、隧道襯砌及橡膠板間的接縫處灌注有瀝青。

進一步，所述防水板為乙烯共聚物防水板或酸乙烯共聚物防水板或EVA防水板。

本實用新型的有益效果在于：

(1)改地層—結(jié)構(gòu)受力模式為荷載—結(jié)構(gòu)受力模式，不考慮圍巖分擔(dān)荷載，僅考慮隧道襯砌單獨承載，實驗結(jié)果更加精確可靠；

(2)通過一種低摩擦、低粘度軟塑材料，其傳遞的剪應(yīng)力與邊界應(yīng)力的量級相比，可近似忽略，從而可直接研究邊界應(yīng)力變化對隧道襯砌承載性能的影響，并且可將試驗比例尺放大，既提高了試驗檢測精度，同時，大比例尺寸的試驗系統(tǒng)有利于試驗現(xiàn)象的觀察；

(3)傳遞到隧道襯砌背后的壓力為均布壓力，可直接控制，便于評價隧道襯砌的整體承載性能及其整體剛度變化；

(4)同一種隧道襯砌內(nèi)部產(chǎn)生的軸力和彎矩大小相同，整體承載性能一致；

(5)忽略了隧道襯砌周邊3～5倍洞徑范圍內(nèi)的圍巖，可采用較大的相似比，承載性能試驗?zāi)M的結(jié)果與原型結(jié)果更接近；

(6)比例尺條件下，隧道襯砌相似模型的跨度可超過1m，該尺度下，可進行病害隧道二次襯砌加固試驗，例如內(nèi)貼彈纖維、內(nèi)貼鋼帶等加固方法，可進行試驗現(xiàn)象觀測，如裂縫擴展及其檢測。

附圖說明