[發明專利]一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置

在審

• 申請號: 202010797952.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112067477A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 趙旭;崔建陽;代志杰;黎若寒;張宇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36;G01N3/06;G01N1/36
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：包括模型箱與地層系統、變形測量系統、土壓力監測系統和氣囊加載系統；

變形測量系統包括非接觸式應變位移測量分析系統及隧道結構應變測量系統；非接觸式應變位移測量分析系統包括高分辨數字工業攝像機、圖像采集卡和計算機，高分辨數字工業攝像機通過圖像采集卡與計算機連接；高分辨數字工業攝像機通過亞像素技術拍攝變形模型箱與地層系統的前后模型觀測面散斑特征，然后進行運算得到變形信息；隧道結構應變測量系統通過在隧道結構表面布置應變片實現測量；將豎向加載氣囊放置在模型箱與地層系統的頂部，并在中間位置預留豎向通氣管道口，模型箱與地層系統的模型箱側向則放置側向加載氣囊，每個側向加載氣囊之間用焊接固定的鋼板隔斷隔開；每個側向加載氣囊靠近外部的中間位置都預留一個側向通氣管道口，之后將模型材料分層填入模型箱與地層系統的模型箱中并夯實，將土壓力監測系統在每層試驗設計位置處植入；在變形測量系統就位運行后啟動氣囊加載系統，加載過程中利用非接觸式應變位移測量分析系統及其隧道結構應變測量系統全程記錄模型觀測面內整個模型隧道范圍內以及隧道結構表面的地層變形信息，并利用土壓力監測系統獲得氣囊與土體之間的壓力數據，以監測氣囊壓力的實際運行情況。

2.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：土壓力監測系統包括應變軸式土壓力傳感器、應變梁式土壓力傳感器、無線傳輸系統、實時監測系統；土壓力傳感器按試驗設計位置分別監測巖土體內部土壓力、巖土體與隧道結構接觸面和氣囊與巖土體接觸面壓力。

3.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：模型箱與地層系統的模型箱框架兩側均采用三角形剛性支撐和槽鋼和角鋼進行加固，經過支撐加固后模型箱框架在最大設計豎向荷載0.2MPa下的側向變形通過百分表量測不超過0.02mm，完全滿足實驗要求的平面應變條件。

4.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：變形測量系統采用非接觸式應變位移測量分析系統及隧道結構應變測量系統，實現對加載過程中模型隧道圍巖變形及隧道結構表面的全程實時量測，得到應變位移信息。

5.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：模型箱與地層系統中，模型箱框架與模型箱蓋板及模型箱側面擋板通過螺栓連接形成試驗模型箱，模型材料分層填入模型箱夯實，每層模型材料表面平鋪一層白色石灰作為標志層，模型箱框架兩側均采用三角形剛性支撐和槽鋼和角鋼進行加固，經過支撐加固后模型箱框架在最大設計豎向荷載0.2MPa下的側向變形通過百分表量測不超過0.02mm。

6.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：模型材料分層填入模型箱并夯實，夯實時通過每層土體的質量以及體積來控制夯實的密度，保證每層土體的密度符合試驗要求。

7.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：變形測量系統，采用非接觸式應變位移測量分析系統及隧道結構應變測量系統，能夠實時全程記錄隧道模型范圍內任意點的位移及隧道結構表面的任意點位移。

8.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：土壓力監測系統，包括應變軸式土壓力傳感器、應變梁式土壓力傳感器、無線傳輸系統、實時檢測系統；土壓力傳感器按試驗設計位置分別監測巖土體內部土壓力、巖土體與隧道結構接觸面和氣囊與巖土體接觸面壓力。

9.根據權利要求1所述的一種隧道地下結構振動臺地質力學模型試驗的邊界加載裝置，其特征在于：氣囊加載系統提供豎向地應力模擬荷載和側向地應力模擬荷載，能夠實現不同埋深條件下水平及豎向地應力的加載大小。