[發明專利]一種非均勻側向荷載下隧道開挖模擬裝置

有效

• 申請號: 201911046133.1
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110686980B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 范祥;楊治軍;李龍;劉毅鑫
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種非均勻側向荷載下隧道開挖模擬裝置，包括約束結構，約束結構用于固定試樣，試樣固定設置在約束結構的內部；加壓系統包括第一和第二加壓系統，第一加壓系統和第二加壓系統對稱設置在試樣的左右兩側，第一或第二加壓系統用于提供均勻荷載；第一或第二加壓系統與試樣之間均設置有荷載轉化系統，荷載轉化系統用于第一加壓系統或第二加壓系統的均勻荷載轉化為非均勻荷載；本發明通過在通過在第一加壓系統或第二加壓系統與試樣之間設置荷載轉化系統，將加壓系統施加的均勻荷載轉化為非均勻荷載，減小了非均勻荷載的梯度，更好的模擬隧道開挖中巖體的實際受力狀況，確保試驗數據的準確性，為實際施工提供更加可靠的理論支撐。

技術領域

本發明涉及隧道開挖模型試驗技術領域，特別涉及一種非均勻側向荷載下隧道開挖模擬裝置。

背景技術

隨著公路工程迅速發展，山嶺地區公路修建已成為交通網發展的總體趨勢；因而，隧道開挖后圍巖穩定性已成為主要課題，其室內模型試驗主要以均勻側向荷載為主，單向、雙向與三向加載均已實現，加壓方式以液壓為主，實現對隧道開挖導致圍巖變形和應力變化狀況的模擬，指導隧道施工。

為進一步模擬隧道實際受力狀況，將模型側向均布荷載轉化為梯形或三角形荷載；目前，采用在模型側邊豎向布設多個千斤頂，通過不同千斤頂加載實現對側向不均勻荷載的施加；而施加的階梯狀荷載的梯度較大，試驗數據的質疑性較大，試驗結果誤差較大。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種非均勻側向荷載下隧道開挖模擬裝置，以解決現有技術中施加的階梯狀荷載梯度較大，試驗數據質疑性較大的技術問題。

為達到實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種非均勻側向荷載下隧道開挖模擬裝置，包括約束結構、加壓系統及荷載轉化系統；約束結構用于固定試樣，試樣固定設置在約束結構的內部；

加壓系統包括第一加壓系統和第二加壓系統，第一加壓系統和第二加壓系統對稱設置在試樣的左右兩側，第一加壓系統及第二加壓系統用于提供均勻荷載；

第一加壓系統或第二加壓系統與試樣之間均設置有荷載轉化系統，荷載轉化系統的一端與第一加壓系統或第二加壓系統連接，荷載轉化系統的另一端與試樣的側壁連接，荷載轉化系統用于第一加壓系統或第二加壓系統的均勻荷載轉化為非均勻荷載。

進一步的，荷載轉化系統包括上撐板、下撐板、左側約束板、右側約束板、固定桿、若干墊條及活動加載板；上撐板和下撐板上下平行間隔設置，左側約束板和右側約束板豎向間隔平行設置在上撐板與下撐板之間，上撐板、下撐板、上撐板及下撐板組合形成中空箱體結構，上撐板與下撐板之間通過固定桿固定連接；若干墊條水平設置在中空箱體結構中，墊條的軸線方向與試樣的側壁垂直；若干墊條的剛度不同，不同剛度的墊條按照從上到下剛度依次遞增的方式布設；活動加載板豎向設置在墊條的一端，且位于遠離試樣的一端；活動加載板的上下兩端分別與上撐板及下撐板滑動連接。

進一步的，加壓系統還包括第三加壓系統和第四加壓系統；第三加壓系統設置在試樣的頂部中心，第四加壓系統設置在試樣的后端中心處；第三加壓系統或第四加壓系統的一端與約束結構固定連接，另一端與試樣連接；第三加壓系統和第四加壓系統均采用液壓系統，液壓系統與試樣之間設置有固定加載板。

進一步的，第一加壓系統和第二加壓系統均采用液壓系統，液壓系統的一端與約束結構連接，液壓系統的另一端與荷載轉化系統的一端連接。

進一步的，約束結構包括環形閉合梁、第一約束橫梁、第二約束橫梁及底座；

環形閉合梁設置在試樣的外側，第一約束橫梁設置在試樣的前端，第二約束橫梁設置在試樣的后端，第一約束橫梁或第二約束橫梁的兩端分別與環形閉合梁固定連接；底座設置荷載轉化系統及試樣的下方，荷載轉化系統及試樣均通過底座與環形閉合梁固定連接。