[發明專利]地質力學模型試驗大跨度隧道襯砌模型內加強筋布設方法

有效

• 申請號: 202010438153.X
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111775277B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 羅彥斌;陳建勛;徐子龍;王傳武;袁江鵬;邵漢祥
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B28B1/14
• 分類號: B28B1/14;B28B7/18;B28B7/28;B28B7/36;B28B7/34;B28B23/02;G06F30/20;G06F30/13;G01N1/28
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種地質力學模型試驗大跨度隧道襯砌模型內加強筋布設方法，包括二次襯砌模型內加強筋參數的計算、二次襯砌模型模具的預制和在澆筑空腔內進行混凝土等效材料的澆筑等步驟。本發明通過相似等效縮比設計方法，根據力學模型計算得到了二次襯砌原型相匹配的加強筋配筋率、加強筋截面面積等參數，并研制了隧道二次襯砌縮比模型的預制裝置，實現了二次襯砌模型中加強筋的布設，制備的模型真實模擬了隧道現場的混凝土材料，確保了力學試驗的準確性；該方案簡易、高效的能夠模擬襯砌中鋼筋的作用機理，利用該方法制作鋼筋相似材料的布設裝置，該裝置鋼筋定位準確、易于拆卸且造價低廉，可廣泛適用于隧道襯砌模型試驗中。

技術領域

本發明屬于地質力學模型試驗領域，具體設計一種地質力學模型試驗大跨度隧道襯砌模型內加強筋布設方法。

背景技術

目前，我國已是世界上隧道工程規模最大、數量最多、修建速度最快的國家。由于地質條件、氣候條件、支護設計參數、建筑材料特性和運營維護條件等影響因素的不確定性，大量運營中的隧道出現襯砌開裂、脫落掉塊等災害嚴重影響隧道的服役性能和壽命，甚至威脅隧道內行車安全，造成交通阻斷、人員傷亡等嚴重后果和不良社會影響。

地質力學模型試驗是根據一定的相似原理對特定地質問題進行縮尺研究的一種方法，試驗的主要目的是研究各種建筑物在外荷載作用下的極限承載力、破壞形態、破壞機理和變形分布特征。對運營期隧道襯砌進行地質力學模型試驗有別于施工階段隧道的地質力學模型試驗，需要預制隧道襯砌減少不必要的開挖支護工序。襯砌中的鋼筋作用機理研究就顯得尤為重要，現階段對隧道襯砌中鋼筋的模擬抗拉強度、抗壓強度進行等效模擬，此方法分析過于簡單，沒有充分體現鋼筋混凝土結構中鋼筋的作用機理，與實際出入較大。

因此，根據混凝土結構設計基本原則，把握鋼筋混凝土構件層面的相似原理，以正截面承載能力控制為主，按抗彎能力等效的原則；對于斜截面承載能力的模擬，按抗剪能力等效的原則。由于隧道二次襯砌混凝土處于大體積混凝土，抗剪能力多由截面混凝土承擔，故鋼筋根據抗彎等效的原則進行設計。

對運營期隧道襯砌進行地質力學模型試驗有別于施工階段隧道的地質力學模型試驗，需要預制隧道襯砌減少不必要的開挖支護工序。現階段對隧道襯砌的預制方法研究較少，主要采用人工支模填筑和鋼模現澆等方法，人工支模填筑存在制作周期長、工序繁瑣重復率低，且預制的隧道襯砌尺寸誤差較大，難以實現精度高、周期短和重復率高的制作裝置及方法；鋼模現澆雖解決襯砌制作精度低、重復率低和周期長的缺點，但是由于澆筑的襯砌材料剛度低而鋼模具剛度大拆卸時極易發生模型襯砌的開裂破壞，造成成品率低的缺點。

申請號為201711352524.7的發明專利提出來一種地質力學模型試驗中隧道襯砌預制預埋裝置與方法，由拼接式外框架、中芯板、底板和螺栓連接形成的空間即為隧道襯砌的空間。該預制裝置無法在模具內部埋設加強筋，故難以真實模擬現場鋼筋混凝土材料，適用范圍有限。

發明內容

本發明的目的是提出一種地質力學模型試驗大跨度隧道襯砌模型內加強筋布設方法，計算得到了混凝土內部鋼筋的等效參數，并研制了相應的隧道二次襯砌模型的預制裝置，實現了模型內加強筋的布設，確保了力學實驗的準確性。

本發明技術方案如下：

一種地質力學模型試驗大跨度隧道襯砌模型內加強筋布設方法，其特征在于，包括以下步驟：

【1】二次襯砌模型內加強筋參數的計算：

【1.1】根據地質力學模型箱尺寸和試驗要求，確定模型試驗幾何相似常數和容重相似常數；

【1.2】鋼筋混凝土正截面承載能力，計算二次襯砌結構原型與模型的彎矩；

【1.3】將模型試驗幾何相似常數和容重相似常數代入原型與模型彎矩比值，得到彎矩的相似常數；

【1.4】根據彎矩的相似常數計算得到鋼筋截面面積的相似常數；