[發明專利]一種液體式淺埋隧道模型試驗圍巖邊界條件加載裝置

在審

• 申請號: 201610109808.2
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105738213A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 李延
• 申請（專利權）人: 李延
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種試驗加載裝置，具體涉及一種圍巖邊界條件加載的試驗裝置。

背景技術

隧道模型試驗是研究隧道及地下工程領域的一種重要手段。我國現有的隧道圍巖模型試驗多采用型鋼或鋼板制模型箱，采用液壓伺服裝置或上部堆載等方法施加壓力，模擬圍巖邊界條件。

現有的模型試驗為了使得模型箱具有較好的剛度，模型箱尺寸往往較大，鋼板往往采用焊接，因此模型箱尺寸較難調整。當側向圍壓采用液壓伺服裝置進行加載時，側向壓力沿著模型豎直方向是呈階梯狀的漸變，這與真實地壓力中側向壓力隨著埋深逐漸增大有所不同，將一定程度上影響模型試驗的準確性。

通過相似理論公式進行計算，如果采用不同濃度的鹽水(比重約為1.0-1.2)作為加載液體，幾何相似比取簡單模型試驗常用的30-50，側壓力系數取0.4-0.6，圍巖重度介于2.2-2.8g/cm3，模量相似比為22-84時，選用合適的模型材料使用本發明裝置進行邊界條件加載可以完全符合相似模型理論，滿足試驗邊界條件的要求。

發明內容

本發明利用液體對圍巖模型進行加載。液體中的液壓隨著深度均勻增加，可以滿足圍巖壓力隨深度均勻增加這樣一種應力邊界相似條件；液體可以隨著約束容器的形狀改變而改變自身的形狀，且同一深度上液體壓力又不發生變化，因此采用較為簡易的模型箱即可滿足模型穩定的應力邊界條件，使得試驗箱的制作更為經濟、方便。根據連通器原理，采用高度可調節的與加載液體連通的自動補水裝置可以方便的提供額外增加的圍巖壓力。

為了具體實現上述目的，本發明提供了一種使用液體提供邊界應力條件的簡易圍巖加載裝置，包括：固定外框架，用于裝載內部的液體加壓容器以及圍巖模擬材料；加壓隔板置于液體加壓容器與圍巖模擬材料之間，自動補水裝置由補水水箱、自動補水閥及進水管組成，自動補水裝置通過軟管連接于液體加壓容器上部。

固定外框架，上側面不封的拼接而成的立方體框架，可以采用強度合適的鋼材、木材等制作，前側面或后側面可采用鋼化玻璃方便觀察模型開挖情況。外框架對應位置的尺寸應大于地層模型尺寸，小于地層模型尺寸與液體加壓容器幾何尺寸之和，使得液體加壓容器與地層模型置入固定外框架內時可以密貼且傳遞壓力。

液體加壓容器，為不透水的柔性材料制成且內部中空，且上部與自動補水裝置通過軟管連通。液體加壓容器的形狀應使其可以恰好嵌入固定外框架與圍巖模擬材料之間，且其幾何尺寸應略大于圍巖相似材料與固定外框架之間縫隙的尺寸，保證當液體加壓容器內注入液體后，液體的壓力可以完全作用于圍巖相似材料與固定外框架上；同時液體加壓容器的尺寸應保證圍巖相似材料及固定外框架發生最大變形時也不會將其完全張拉，避免薄膜材料的張拉應力影響液體壓力的加載。

加壓隔板，為一光滑薄板，由金屬或合成材料制作。加壓隔板應表面光滑，可以在不損傷液體加壓容器與圍巖模擬材料的情況下從兩者之間抽出。

所述的自動補水裝置5，包括：進水管9一端與水源連接，另一端與自動補水閥7入水端連接，自動補水閥7出水端連接于補水水箱6上，補水水箱6底端與軟管8一端相連，軟管8的另一端連通至液體加壓容器4。使用時將補水水箱6置于合適的高度使得液體加壓容器4獲得合適的凈水頭壓力，將自動補水閥7的水壓調節至適合值后將水箱水注滿，可以提供穩定的水壓力。

附圖說明

圖1為本發明一種液體式淺埋隧道模型試驗圍巖邊界條件加載裝置示意圖。

圖2為自動補水裝置示意圖。

具體實施方式

為利于對本發明專利的理解，以下結合附圖說明實際試驗的應力邊界條件加載方法。

結合圖1所示，本發明提供了一種通過液體壓力提供隧道模型試驗應力邊界條件的裝置，包括固定外框架1，用于裝載內部的液體加壓容器4以及圍巖模擬材料2；加壓隔板3，置于液體加壓容器4與圍巖模擬材料2之間，自動補水裝置5連接于液體加壓容器4任意位置。

進行相似材料模型試驗之前，需要將固定外框架1組裝成上部不封閉的正方體箱型，將加壓隔板3置于固定外框架1內，加壓隔板3與固定外框架1間距應小于液體加壓容器4的厚度，將加壓隔板3進行臨時簡易的固定后，將液體加壓容器4置于加壓隔板3與固定外框架1之間的空間內延展平整。

在組裝完成上述結構裝置后，在加壓隔板3圍成的空間內部逐層填筑圍巖模擬材料2，填筑的同時向液體加壓容器4內部注入液體，液體加壓容器4內部的液體表面與圍巖模擬材料2的上表面基本一致，維持裝置受力的平衡。當圍巖模擬材料2填筑至預定高度時，試驗初始準備完成。