馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置及其方法

2023-05-16 05:17:51

馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置及其方法，該裝置包括臺架、馬蹄形隧道模型、轉向立柱、鋼絞線張拉裝置及四組鋼絞線；對所述馬蹄形隧道模型採用鋼絞線對拱頂、拱腰、拱腳和仰拱分別進行加載，所述鋼絞線環箍拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的相應圓弧段後相切於其與相鄰兩圓弧的分界點後引出，保證在該圓弧段產生均布徑向接觸壓力，而對其他圓弧段無施加力；採用鋼絞線環箍加載可以確保力與模型的緊密貼合，且對模型試驗的其他項目不會產生影響；鋼絞線的張拉裝置位於模型縱向外側，既有利於控制力的大小，又不會加載效果產生擾動；每根鋼絞線都獨立張拉，張拉應力採用振弦測試儀及時反映，做到模擬加載準確靈活。
【專利說明】馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置及其方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及富水隧道模型試驗【技術領域】，尤其涉及的是一種馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置及其方法。

【背景技術】
[0002]模型試驗在隧道工程研究領域成為不可或缺的重要手段，在滿足一定相似原理的前提下，模型試驗相對於現場測試及數學模型可以更為便捷、全面、直觀、準確地反映出圍巖對隧道支護體系相互作用下的力學特徵，對探究地下工程機理，以及工程實際起到指導作用。
[0003]在富水區域修築隧道，高水壓作用下，結構要承受徑向水壓力，由拱頂到仰拱線性增大的非均勻分布。考慮到高水頭，水頭高度遠遠大於隧道高度，隧道不同位置承受的非均勻水壓差別就很小，可以簡化為拱頂、拱腰、拱腳和仰拱四部分均布荷載作用。在實際工程中水的徑向壓力對隧道支護結構有著較為顯著的影響，具體表現在在圍巖等級、開挖支護條件相同時，富水隧道開挖斷面的沉降和收斂值大於一般隧道；圍巖與初支應力大於一般斷面；支護結構內力大於一般斷面。同時水的徑向作用明顯區別於圍巖對支護結構的水平與垂直作用，在模型試驗中，現有的隧道土壓加載設備基本無添加徑向荷載，為準確模擬水壓力的作用效果，必須使用單獨的裝置。
[0004]現代隧道斷面一般設計為馬蹄形，以《高速公路隧道設計規範》要求結合工程實際，多採用四心圓馬蹄形，即拱頂、拱腰、拱腳和仰拱分別採用不同的圓心和半徑連接而成。針對馬蹄形斷面採用現有的水壓模擬裝置，使用整體鋼絞線環箍加載方式，由於徑向力q與鋼絞線緊固力F和圓弧半徑R有關，且q = FR，F相等，R不同，導致每個圓弧所施加的徑向力不同，而且差異顯著，不能模擬出水的均布圍壓作用。


【發明內容】

[0005]本發明為富水馬蹄形斷面隧道模型試驗提供了一種水壓加載裝置，能夠較為準確地模擬出水壓對結構的非均布徑向(圍壓)作用。
[0006]本發明實現其目的採用的技術方案是:
[0007]一種馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，包括臺架(19)、馬蹄形隧道模型(21)、第一到第十四轉向立柱(1-14)、第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)及四組鋼絞線；採用環箍法，通過鋼絞線對馬蹄形隧道模型(21)進行張拉緊箍，馬蹄形隧道模型(21)的拱頂、拱腰、拱腳和仰拱分別通過其中一組鋼絞線進行環箍，對所述馬蹄形隧道模型(21)採用鋼絞線對拱頂、拱腰、拱腳和仰拱分別進行加載，所述鋼絞線環箍拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的相應圓弧段後相切於其與相鄰兩圓弧的分界點後引出，保證在該圓弧段產生均布徑向接觸壓力，而對其他圓弧段無施加力，鋼絞線通過第一到第十四轉向立柱(1-14)引導至位於模型中軸線的第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)處，由第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)對不同的鋼絞線進行拉力的調節、施加或卸除。
[0008]所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，所述馬蹄形隧道模型(21)按照幾何相似比1: 30製備，模型材料按照容重相似比1: 1製備，縱向長30cm。
[0009]所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，所述的鋼絞線每組有6根，拱頂、拱腰、拱腳、拱底分別通過沿隧道模型豎向布置的該6根相互平行的鋼絞線進行環箍，各鋼絞線之間間距為5cm，隧道模型頂部和底部的鋼絞線距離頂部和底部2.5cm。
[0010]所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，所述臺架(19)為長80cm，寬65cm，高2cm的鋼板，作為固定第一到第十四轉向立柱(1-14)、第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)以及馬蹄形隧道模型(21)的載體，沿馬蹄形隧道模型(21)的中線，在臺架上布置有滑槽(20)，第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)可沿著滑槽(20)移動和固定，以適應不同大小的隧道模型。
[0011]所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，所述的第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)對鋼絞線的兩端同時進行加載。
[0012]所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，所述馬蹄形隧道模型(21)的拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的環箍結構具體如下:
[0013]拱頂環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)、第^ 轉向立柱(11)、第十二轉向立柱(12)和第十五鋼絞線張拉裝置(15)進行轉向和張拉；第七轉向立柱(7)和第八轉向立柱⑶對稱設置在拱腰底部的外側，第十一轉向立柱(11)和第十二轉向立柱(12)設置在仰拱的底部外側且以隧道模型中軸線為軸對稱，第十五鋼絞線張拉裝置(15)設置在隧道模型中軸線上仰拱的下部外側，第十五鋼絞線張拉裝置(15)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和鋼絞線張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱頂所在圓弧段，並相切於拱頂和拱腰所在的圓弧的分界點，從該兩圓弧分界點引出鋼絞線，通過第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)、第十一轉向立柱(11)、第十二轉向立柱(12)連接到第十五鋼絞線張拉裝置
(15)；
[0014]拱腰的環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第九轉向立柱(9)、第十轉向立柱(10)、第十四轉向立柱(14)和第十六鋼絞線張拉裝置(16)進行轉向和張拉；第十四轉向立柱(14)設置在隧道模型中軸線上的拱頂上部，第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在第十四轉向立柱(14)的兩側，第九轉向立柱(9)、第十轉向立柱(10)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱腳的下部外側；第十六鋼絞線張拉裝置(16)設置在隧道模型中軸線上仰拱的下部以及第十五鋼絞線張拉裝置(15)的外側，第十六鋼絞線張拉裝置(16)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和鋼絞線張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱腰所在圓弧段，並相切於拱頂和拱腰、拱腰和拱腳所在的圓弧的分界點，從該四個圓弧分界點引出鋼絞線，通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第九轉向立柱
(9)、第十轉向立柱(10)、第十四轉向立柱(14)連接到第十六鋼絞線張拉裝置(16)；
[0015]拱腳的環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第五轉向立柱(5)、第六轉向立柱(6)、第十三轉向立柱(13)和第十七鋼絞線張拉裝置(17)進行轉向和張拉；第五轉向立柱(5)、第六轉向立柱(6)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在兩個拱腰的外側，第十三轉向立柱(13)設置在隧道模型中軸線上且位於仰拱的下部外側；第十七鋼絞線張拉裝置(17)設置在隧道模型中軸線上、拱頂的上部，且位於第十四轉向裝置(14)的的內側，第十七鋼絞線張拉裝置(17)可以對該
(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱腳所在圓弧段，並相切於拱腳和拱腰、拱仰拱和拱腳所在的圓弧的分界點，從該四個圓弧分界點引出鋼絞線，通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第五轉向立柱(5)、第六轉向立柱￠)、第十三轉向立柱(13)連接到鋼絞線張拉裝置(17)；
[0016]仰拱的環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第一轉向立柱(1)、第二轉向立柱(2)、第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)和第十八鋼絞線張拉裝置(18)進行轉向和張拉；第一轉向立柱(1)、第二轉向立柱(2)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱頂的上部，第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱腳的兩側；第十八鋼絞線張拉裝置(18)設置在隧道模型中軸線上、拱頂的上部，且位於第十七鋼絞線張拉裝置(17)的外側，第十八鋼絞線張拉裝置(18)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼仰拱所在圓弧段，並相切於拱腳和仰拱所在的圓弧的分界點，從該分界點引出鋼絞線，通過第一轉向立柱(1)、第二轉向立柱(2)、第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)連接到第十八鋼絞線張拉裝置(18)。
[0017]所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，所述鋼絞線張拉裝置包括轉向鈕(21)、齒輪軸(22)、絲槓(23)、齒輪(24)、張拉裝置主體(25)，張拉裝置主體(25)豎直固定在臺架上的滑槽中，張拉裝置主體(25)上固定有轉向鈕(21)，鋼絞線繞過轉向鈕(21)變換方向後連接到齒輪(24)的齒輪軸(22)上，齒輪(24)在絲槓(23)的作用下旋轉，向鋼絞線加力，鋼絞線的張力由外置的振弦測試儀進行，將振弦傳感器固定於張拉裝置主體(25)上，通過絲槓(23)對鋼絞線張拉加力，通過振弦測試儀反饋的數據實時調整張力的大小。
[0018]本發明還提供應用上述任一所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置進行隧道模型試驗水壓加載的方法，包括以下步驟:
[0019]首先組裝加載裝置，將預製的隧道模型放置在臺架上固定保證加載過程中不會發生移動或錯位；依次將拱頂、拱腰、拱腳和仰拱進行鋼絞線環箍，所述鋼絞線環箍拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的相應圓弧段後相切於其與相鄰兩圓弧的分界點後引出，保證在該圓弧段產生均布徑向接觸壓力，而對其他圓弧段無施加力，鋼絞線兩端固定在鋼絞線張拉裝置的上；鋼絞線上施加的拉力和各圓弧段所受的徑向均布荷載q有關，應提前計算出，徑向水壓q與鋼絞線拉力F的關係如公式(1)給出；擰緊或放鬆絲槓(23)就是施加、卸除荷載的過程，通過振弦測試儀即時反映出鋼絞線所施加的力，就能保證較為精確地模擬出徑向水壓作用；
F
[0020]q =—⑴
R⑴
[0021]q:徑向水壓力，單位N/m;
[0022]F:鋼絞線拉力，單位N ；
[0023]R:模型各圓弧段半徑，單位m。
[0024]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0025]該裝置可以對馬蹄形斷面隧道模型施加徑向水壓力；對每個圓弧段分別張拉鋼絞線加載能確保模型的均布圍壓(高水頭作用)，或上小下大(低水頭作用)簡化為拱頂、拱腰、拱腳、仰拱四部分有差別均布徑向圍壓；採用鋼絞線環箍加載可以確保力與模型的緊密貼合，且對模型試驗的其他項目(土壓加載、採空區模擬試驗、隧道開挖試壓等)不會產生影響；鋼絞線的張拉裝置位於模型縱向外側，既有利於控制力的大小，又不會加載效果產生擾動；每根鋼絞線都獨立張拉，張拉應力採用振弦測試儀及時反映，做到模擬加載準確靈活。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發明馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置示意圖(俯視圖)。
[0027]圖2是拱頂的環箍示意圖。
[0028]圖3是拱腰的環箍示意圖。
[0029]圖4是拱腳的環箍示意圖。
[0030]圖5是仰拱的環箍示意圖。
[0031]圖6是鋼絞線張拉裝置正視圖。
[0032]圖7是鋼絞線張拉裝置後視圖。
[0033]圖8是鋼絞線張拉裝置局部放大圖。
[0034]圖中:圓弧AC代表拱頂，圓弧AB和CD代表拱腰，圓弧BG和HD代表拱腳，圓弧GH代表拱底；數字標註1-14分別代表14個轉向立柱；數字標註15-18分別代表4個鋼絞線張拉裝置，19臺架，20滑槽，21轉向鈕，22齒輪軸，23絲槓，24齒輪，25張拉裝置主體。

【具體實施方式】
[0035]以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0036]馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置包括臺架19、馬蹄形隧道模型21、轉向立柱1-14、鋼絞線張拉裝置15-18及鋼絞線(圖中連接各個轉向立柱的線段即為鋼絞線)。
[0037]臺架19為長80cm,寬65cm,高2cm的鋼板,作為固定轉向立柱1-14、鋼絞線張拉裝置15-18以及模型的載體，沿模型中線臺架布置有滑槽20，鋼絞線張拉裝置15-18可以沿著滑槽20移動和固定，以適應不同大小的隧道模型。
[0038]如圖1所示是本發明馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置的示意圖，馬蹄形隧道模型21高度取30cm，馬蹄形隧道模型21外圍布置轉向立柱1_14和鋼絞線張拉裝置15-18，圓弧AC代表拱頂，圓弧AB和CD代表拱腰，圓弧BG和HD代表拱腳，圓弧GH代表拱底，拱頂、拱腰、拱腳、拱底分別通過沿隧道模型豎向布置的6根相互平行的鋼絞線進行環箍，鋼絞線之間間距為5cm，隧道模型頂部和底部的鋼絞線距離頂部和底部2.5cm。
[0039]如圖2所示是拱頂的環箍示意圖，6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過轉向立柱7、8、11、12和鋼絞線張拉裝置15進行轉向和張拉；轉向立柱7和轉向立柱8對稱設置在拱腰底部的外側，轉向立柱11和轉向立柱12設置在仰拱的底部外側且以隧道模型中軸線為軸對稱，鋼絞線張拉裝置15設置在隧道模型中軸線上仰拱的下部外側，鋼絞線張拉裝置15可以對該6根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱頂所在圓弧段，並相切於拱頂和拱腰所在的圓弧的分界點A和C，從該兩圓弧分界點A和C引出鋼絞線，通過轉向立柱7、8、11、12連接到鋼絞線張拉裝置
15。
[0040]如圖3所示是拱腰的環箍示意圖，6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過轉向立柱3、4、9、10、14和鋼絞線張拉裝置16進行轉向和張拉；轉向立柱14設置在隧道模型中軸線上的拱頂上部，轉向立柱3、4以隧道模型中軸線為軸對稱分布在轉向立柱14的兩側，轉向立柱9、10以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱腳的下部外側；鋼絞線張拉裝置16設置在隧道模型中軸線上仰拱的下部以及鋼絞線張拉裝置15的外側，鋼絞線張拉裝置16可以對該6根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和鋼絞線張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱腰所在圓弧段，並相切於拱頂和拱腰、拱腰和拱腳所在的圓弧的分界點A和C、B、D，從該四個圓弧分界點A、B和C、D引出鋼絞線，通過轉向立柱3、4、14、9、10連接到鋼絞線張拉裝置16。
[0041]如圖4所示是拱腳的環箍示意圖，6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過轉向立柱3、4、5、6、13和鋼絞線張拉裝置17進行轉向和張拉；轉向立柱5、6以隧道模型中軸線為軸對稱分布在兩個拱腰的外側，轉向立柱13設置在隧道模型中軸線上且位於仰拱的下部外側(張拉裝置15和16之間)；鋼絞線張拉裝置17設置在隧道模型中軸線上、拱頂的上部，且位於轉向裝置14的的內側，鋼絞線張拉裝置17可以對該6根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱腳所在圓弧段，並相切於拱腳和拱腰、拱仰拱和拱腳所在的圓弧的分界點B和G、H、D，從該四個圓弧分界點B、G和H、D引出鋼絞線，通過轉向立柱3、4、5、6、13連接到鋼絞線張拉裝置17。
[0042]如圖5所示是仰拱的環箍示意圖，6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過轉向立柱1、2、7、8和鋼絞線張拉裝置18進行轉向和張拉；轉向立柱1、2以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱頂的上部，轉向立柱7、8以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱腳的兩側；鋼絞線張拉裝置18設置在隧道模型中軸線上、拱頂的上部，且位於張拉裝置17的外側，鋼絞線張拉裝置18可以對該6根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼仰拱所在圓弧段，並相切於拱腳和仰拱所在的圓弧的分界點G、H，從該分界點G和Η引出鋼絞線，通過轉向立柱1、2、7、8連接到鋼絞線張拉裝置18。
[0043]圖6-8所示是鋼絞線張拉裝置的細部結構圖，包括轉向鈕21、齒輪軸22、絲槓23、齒輪24、張拉裝置主體25，張拉裝置主體25豎直固定在臺架上的滑槽中，張拉裝置主體25固定轉向鈕21，鋼絞線繞過轉向鈕21變換方向後連接到齒輪24的齒輪軸22上，齒輪24在絲槓23的作用下旋轉，向鋼絞線加力，鋼絞線的張力由外置的振弦測試儀進行，將振弦傳感器固定於張拉裝置主體25上，通過絲槓23對鋼絞線張拉加力，通過振弦測試儀反饋的數據實時調整張力的大小。
[0044]綜述，在水壓模擬加載試驗中，首先組裝加載裝置，將預製的隧道模型放置在臺架上固定保證加載過程中不會發生移動或錯位。按照上述圖2-圖5所示依次將拱頂、拱腰、拱腳和仰拱進行鋼絞線環箍，鋼絞線兩端固定在鋼絞線張拉裝置的上。鋼絞線添加的拉力和各弧段所受的徑向均布荷載q有關，應提前計算出，徑向水壓q與鋼絞線拉力F的關係如公式(1)給出。擰緊或放鬆絲槓23就是施加、卸除荷載的過程，通過振弦測試儀(CDJM-ZHX振弦測試儀)即時反映出鋼絞線所施加的力，就能保證較為精確地模擬出徑向水壓作用。
F
[0045]q = —(l)
R
[0046]q:徑向水壓力(線荷載)(N/m)；
[0047]F:鋼絞線拉力(N)；
[0048]R:模型各圓弧段半徑(m)。
[0049]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，包括臺架(19)、馬蹄形隧道模型(21)、第一到第十四轉向立柱(1-14)、第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)及四組鋼絞線；採用環箍法，通過鋼絞線對馬蹄形隧道模型(21)進行張拉緊箍，馬蹄形隧道模型(21)的拱頂、拱腰、拱腳和仰拱分別通過其中一組鋼絞線進行環箍，對所述馬蹄形隧道模型(21)採用鋼絞線對拱頂、拱腰、拱腳和仰拱分別進行加載，所述鋼絞線環箍拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的相應圓弧段後相切於其與相鄰兩圓弧的分界點後引出，保證在該圓弧段產生均布徑向接觸壓力，而對其他圓弧段無施加力，鋼絞線通過第一到第十四轉向立柱(1-14)引導至位於模型中軸線的第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)處，由第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)對不同的鋼絞線進行拉力的調節、施加或卸除。
2.根據權利要求1所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，所述馬蹄形隧道模型(21)按照幾何相似比1: 30製備，模型材料按照容重相似比1:1製備，縱向長 30cm。
3.根據權利要求1所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，所述的鋼絞線每組有6根，拱頂、拱腰、拱腳、拱底分別通過沿隧道模型豎向布置的該6根相互平行的鋼絞線進行環箍，各鋼絞線之間間距為5cm，隧道模型頂部和底部的鋼絞線距離頂部和底部2.5cm。
4.根據權利要求1所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，所述臺架(19)為長80cm,寬65cm,高2cm的鋼板,作為固定第一到第十四轉向立柱(1_14)、第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)以及馬蹄形隧道模型(21)的載體，沿馬蹄形隧道模型(21)的中線，在臺架上布置有滑槽(20)，第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)可沿著滑槽(20)移動和固定，以適應不同大小的隧道模型。
5.根據權利要求1所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，所述的第十五到第十八鋼絞線張拉裝置(15-18)對鋼絞線的兩端同時進行加載。
6.根據權利要求1所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，所述馬蹄形隧道模型(21)的拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的環箍結構具體如下: 拱頂環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)、第^轉向立柱(11)、第十二轉向立柱(12)和第十五鋼絞線張拉裝置(15)進行轉向和張拉；第七轉向立柱(7)和第八轉向立柱(8)對稱設置在拱腰底部的外側，第十一轉向立柱(11)和第十二轉向立柱(12)設置在仰拱的底部外側且以隧道模型中軸線為軸對稱，第十五鋼絞線張拉裝置(15)設置在隧道模型中軸線上仰拱的下部外側，第十五鋼絞線張拉裝置(15)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和鋼絞線張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱頂所在圓弧段，並相切於拱頂和拱腰所在的圓弧的分界點，從該兩圓弧分界點引出鋼絞線，通過第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)、第十一轉向立柱(11)、第十二轉向立柱(12)連接到第十五鋼絞線張拉裝置(15)； 拱腰的環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第九轉向立柱(9)、第十轉向立柱(10)、第十四轉向立柱(14)和第十六鋼絞線張拉裝置(16)進行轉向和張拉；第十四轉向立柱(14)設置在隧道模型中軸線上的拱頂上部，第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在第十四轉向立柱(14)的兩側，第九轉向立柱(9)、第十轉向立柱(10)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱腳的下部外側；第十六鋼絞線張拉裝置(16)設置在隧道模型中軸線上仰拱的下部以及第十五鋼絞線張拉裝置(15)的外側，第十六鋼絞線張拉裝置(16)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和鋼絞線張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱腰所在圓弧段，並相切於拱頂和拱腰、拱腰和拱腳所在的圓弧的分界點，從該四個圓弧分界點引出鋼絞線，通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第九轉向立柱(9)、第十轉向立柱(10)、第十四轉向立柱(14)連接到第十六鋼絞線張拉裝置(16)； 拱腳的環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第五轉向立柱(5)、第六轉向立柱(6)、第十三轉向立柱(13)和第十七鋼絞線張拉裝置(17)進行轉向和張拉；第五轉向立柱(5)、第六轉向立柱(6)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在兩個拱腰的外側，第十三轉向立柱(13)設置在隧道模型中軸線上且位於仰拱的下部外側；第十七鋼絞線張拉裝置(17)設置在隧道模型中軸線上、拱頂的上部，且位於第十四轉向裝置(14)的的內側，第十七鋼絞線張拉裝置(17)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼拱腳所在圓弧段，並相切於拱腳和拱腰、拱仰拱和拱腳所在的圓弧的分界點，從該四個圓弧分界點引出鋼絞線，通過第三轉向立柱(3)、第四轉向立柱(4)、第五轉向立柱(5)、第六轉向立柱出)、第十三轉向立柱(13)連接到鋼絞線張拉裝置(17)； 仰拱的環箍結構為:6根沿隧道模型高度均布且相互平行的鋼絞線通過第一轉向立柱(I)、第二轉向立柱(2)、第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)和第十八鋼絞線張拉裝置(18)進行轉向和張拉；第一轉向立柱(I)、第二轉向立柱(2)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱頂的上部，第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)以隧道模型中軸線為軸對稱分布在拱腳的兩側；第十八鋼絞線張拉裝置(18)設置在隧道模型中軸線上、拱頂的上部，且位於第十七鋼絞線張拉裝置(17)的外側，第十八鋼絞線張拉裝置(18)可以對該(6)根鋼絞線分別進行不同力度的張拉，通過轉向立柱和張拉裝置的作用，每根鋼絞線都緊貼仰拱所在圓弧段，並相切於拱腳和仰拱所在的圓弧的分界點，從該分界點引出鋼絞線，通過第一轉向立柱(I)、第二轉向立柱(2)、第七轉向立柱(7)、第八轉向立柱(8)連接到第十八鋼絞線張拉裝置(18)。
7.根據權利要求1所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置，其特徵在於，所述鋼絞線張拉裝置包括轉向鈕(21)、齒輪軸(22)、絲槓(23)、齒輪(24)、張拉裝置主體(25)，張拉裝置主體(25)豎直固定在臺架上的滑槽中，張拉裝置主體(25)上固定有轉向鈕(21)，鋼絞線繞過轉向鈕(21)變換方向後連接到齒輪(24)的齒輪軸(22)上，齒輪(24)在絲槓(23)的作用下旋轉，向鋼絞線加力，鋼絞線的張力由外置的振弦測試儀進行，將振弦傳感器固定於張拉裝置主體(25)上，通過絲槓(23)對鋼絞線張拉加力，通過振弦測試儀反饋的數據實時調整張力的大小。
8.應用權利要求1-7任一所述的馬蹄形隧道模型試驗水壓加載裝置進行隧道模型試驗水壓加載的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 首先組裝加載裝置，將預製的隧道模型放置在臺架上固定保證加載過程中不會發生移動或錯位；依次將拱頂、拱腰、拱腳和仰拱進行鋼絞線環箍，所述鋼絞線環箍拱頂、拱腰、拱腳和仰拱的相應圓弧段後相切於其與相鄰兩圓弧的分界點後引出，保證在該圓弧段產生均布徑向接觸壓力，而對其他圓弧段無施加力，鋼絞線兩端固定在鋼絞線張拉裝置的上；鋼絞線上施加的拉力和各圓弧段所受的徑向均布荷載q有關，應提前計算出，徑向水壓q與鋼絞線拉力F的關係如公式(I)給出；擰緊或放鬆絲槓(23)就是施加、卸除荷載的過程，通過振弦測試儀即時反映出鋼絞線所施加的力，就能保證較為精確地模擬出徑向水壓作用；
FQ = R⑴ q:徑向水壓力，單位N/m ； F:鋼絞線拉力，單位N ； R:模型各圓弧段半徑，單位m。
【文檔編號】G01N3/12GK104266911SQ201410403815
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】方勇, 崔戈, 徐晨, 劉書斌, 郭建寧 申請人:西南交通大學