深埋隧洞簡易模型試驗裝置製造方法
2023-08-06 08:58:46 7
深埋隧洞簡易模型試驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種結構簡單，並可進行大比例尺模型試驗的深埋隧洞簡易模型試驗裝置，其特徵在於包括V型槽、側擋板、加載墊塊、液壓囊和類梯形試件；本發明可以模擬圍巖在工程現場的平面應變受力狀態，用於系統研究深部隧洞開挖後圍巖的受力、變形、破壞等性質；由於本發明取深埋隧洞圍巖的一部分進行分析，並且通過特製的液壓囊直接施加弧形應力邊界條件，相對於現有全斷面模型試驗裝置，可以開展大比例尺的模型試驗；本發明有充分的力學理論依據，有助於試驗和理論的結合，促進工程理論的發展；本發明在常規壓力實驗機上即可加載，具有結構簡單，試驗成本低的特點。
【專利說明】深埋隧洞簡易模型試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及深部地下工程圍巖變形和破壞的實驗室模擬領域，具體地說是一種針對深埋隧洞的新型簡易模型試驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的快速發展，地下工程建設不斷向深部發展。在高地應力等深部條件下，地下硐室圍巖結構的力學特性和工程響應展現出了新的科學現象和變化規律，如分區破裂、大變形、衝擊破壞等。傳統地下工程理論體系在解決深部地下工程問題中遇到了越來越多的挑戰，建立深部巖體力學理論的新體系勢在必行。因此，深部地下工程問題引起了國際和國內巖石力學與工程領域專家學者的極大關注，成為近年來該領域研究的熱點問題。
[0003]針對深部地下洞室開挖過程中巖體的力學響應和變形特性，一方面要開展理論研究，另一方面，要更多深入開展工程實踐和理論相結合的模型試驗研究。根據深部洞室模型試驗的要求，國內外專家開發出多種高地應力加載模型試驗系統，包括專利200810016641.0,200810138981.0,201110038876.1 等。但是，目前存在的模型試驗系統均為全斷面模擬系統，存在結構複雜、體積龐大、可模擬硐室尺寸小的問題，難以開展大比例尺硐室的模型試驗，且難以對試驗結果進行有效的理論比較和分析。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種結構簡單並可進行大比例尺模型試驗的深埋隧洞簡易模型試驗裝置。
[0005]為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:
一種深埋隧洞簡易模型試驗裝置，包括V型槽、側擋板、加載墊塊、液壓囊和類梯形試
件;
所述的V型槽為整體結構，包括底板和兩個側壁，側壁又包括傾斜部分和豎直部分，其傾斜部分的內表面與類梯形試件兩個斜面匹配，底板下表面與試驗機加載裝置接觸，承受試驗機壓力；
所述的側擋板固定在V型槽的前後兩側，其外部輪廓與V型槽外沿相匹配，內表面和類梯形試件的前後表面接觸，其作用在於防止類梯形試件發生軸向變形以滿足平面應變狀態的要求，同時防止V型槽的側壁向兩側變形；
所述的加載墊塊，分為上下兩部分，下半部分的四個側面與V型槽和側擋板的內表面緊密接觸，下表面與液壓囊接觸；上半部分呈柱形，其上表面與試驗機加載裝置接觸，承受試驗機壓力；
所述的液壓囊，為中空結構，內部充滿液壓油，其作用是將加載墊塊的平面力轉換為弧面力，由於液壓囊是柔性構件，它在加載墊塊的壓力作用下可以擠壓類梯形試件，並發生一定的變形；所述的類梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前後側面垂直於水平面，左右側面與V型槽側壁的傾斜部分內表面接觸，前後側面與側擋板內表面接觸，四個側面均塗有潤滑材料，以減小其受到的剪應力，下表面和V型槽底板內表面之間預留變形空間。
[0006]為了防止加載時類梯形試件變形引起預留變形空間內的氣壓升高，本發明的一種優選方案是在側擋板底側中心位置處設置一個通氣孔。
[0007]本發明所述的側擋板，製作材料除了選用鋼材外，還可以全部或部分選用高強度透明材料，從而在實驗過程中隨時觀察記錄試件的變形破壞情況。
[0008]本發明的原理是:
目前施工的深埋地下隧洞很大一部分採用圓形或類圓形斷面；由於高應力條件下蠕變的原因，深埋巖體原巖應力狀態多接近於靜水壓力狀態；同時，對於高應力巖體，其局部重力的影響可忽略不計。根據上述三方面原因，深埋隧洞圍巖的受力、變形和破壞問題可以認為是軸對稱問題。對於軸對稱問題，可以取其一部分(即本發明所述類梯形試件)進行試驗即可反映圍巖整體的性質。
[0009]對於軸對稱問題，在平面應變條件下，圍巖的應力和位移解如式(I)和(2)所示，
【權利要求】
1.一種深埋隧洞簡易模型試驗裝置，其特徵在於:包括V型槽、側擋板、加載墊塊、液壓囊和類梯形試件； 所述的V型槽，包括底板和兩個側壁，側壁又包括傾斜部分和豎直部分，其傾斜部分的內表面與類梯形試件兩個斜面匹配，底板下表面與試驗機加載裝置接觸； 所述的側擋板，固定在V型槽的前後兩側，其外部輪廓與V型槽外沿相匹配，內表面和類梯形試件的前後表面接觸； 所述的加載墊塊，分為上下兩部分，下半部分的四個側面與V型槽和側擋板的內表面接觸，下表面與液壓囊接觸；上半部分呈柱形，其上表面與試驗機加載裝置接觸； 所述的液壓囊，為中空結構，內部充滿液壓油； 所述的類梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前後側面垂直於水平面，左右側面與V型槽側壁的傾斜部分接觸，前後側面與側擋板接觸，四個側面均塗有潤滑材料。
2.根據權利要求1所述的一種深埋隧洞簡易模型試驗裝置，其特徵在於所述的側擋板，底側中心位置處設置一個通氣孔。
3.根據權利要求1所述的一種深埋隧洞簡易模型試驗裝置，其特徵在於所述的側擋板，製作材料除了選用鋼材外，還可以全部或部分選用高強度透明材料。
【文檔編號】G01N3/12GK103471915SQ201310425634
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】吳學震, 蔣宇靜, 王剛, 袁康 申請人:山東科技大學