专利名称：：一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法
技术领域：
：本发明涉及一种盾构隧道结构的室内模拟方法，尤其涉及一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法。
背景技术：
：海底、江底的水下盾构隧道结构在外静水压力作用下，其承受的水压的分布形态为顶部小底部大的"灯泡"形状，如图3所示。在施工和运营期间，隧道承受的水压变化非常大，加之目前隧道断面大型化的趋势，水下盾构隧道在施工期和运营期承受的非均匀水压对隧道结构的作用不可忽略。通过;f莫拟灯泡形水压对隧道结构的作用和影响，能够对水下盾构隧道结构的设计和施工给出科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。盾构隧道结构模型是对盾构隧道结构进行研究的一种有用方法，因此也需要研究盾构隧道结构模型在水压作用下的表现。目前尚无有效方法能够对隧道结构模型所受到的水压进行模拟的方法，这就制约了水下盾构隧道的建设和应用。
发明内容本发明的目的就是提供一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，该方法实现了对盾构隧道结构模型在水压下所受到的灯泡形水压的模拟，可方便实现不同断面结构形式盾构隧道在不同水位条件下的研究，为水下盾构隧道结构的设计和施工提供科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。本发明解决其技术问题所釆用的技术方案是一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法,其作法是A、布置均勻压力加载装置将盾构隧道的结构模型水平放置于地面，二条以上的环箍钢绞线的一端固定在加力台座的竖板上，另一端绕结构模型外表面一周后，固定在加力转轴上，该加力转轴穿过加力台座的顶板和底板，加力转轴的上端连接加力横梁，环箍钢绞线上串接测力计。B、布置非均匀压力加载装置两条绞线固定梁之间连接二条以上的长度为结构模型周长一半或接近一半的张拉钢绞线，再将两条绞线固定梁及张拉钢绞线全部贴放于结构模型的表面的同一侧，结构模型表面另一侧的二个加力装置应的绞线固定梁相连，钢绞线上串接测力计。C、测试仪器的布置将多个应变片贴放于盾构隧道的结构模型内、外表面上，位移计安装于盾构隧道的结构模型的内表面。D、压力加载转动加力横梁带动加力转轴旋转，旋紧环箍钢绞线对结构模型施加压力；同时，通过二个加力装置对张位钢绞线施以拉力，加力钢绳沿加力装置方向向两侧对称张开，呈0°-60°夹角；获取应变片、位移计的数据，送计算机进行处理。本发明的工作原理和工作过程是沿隧道结构模型外表面布设多组环箍钢绞线，通过加力一黄梁的转动将环箍钢绞线拉紧，而对结构模型外表面施加接触压力。由于环箍钢绞线均匀地分布在结构外表面，因此对结构模型产生均匀分布的径向压力；同时，沿盾构隧道的结构模型外表面一侧布设的半圆弧状的多组张拉钢绞线，当加力装置对张拉钢绞线从结构模型的另一侧施加拉力时，由张拉钢绞线的两端部的拉力与该处的半径方向夹角最大，作用在结构模型半径方向上的径向压力最小；而从张拉钢绞线的端部向中间逐步靠近，则其对结构模型的径向压力逐步增大，在张拉钢绞线的中间部位，张拉钢绞线对结构模型的径向压力达到最大值。因此，由环箍钢绞线形成的对整个结构模型的均匀压力与张拉钢绞线形成的半圆弧状张拉钢绞线中间向两端递减的压力的迭加，就在结构模型上产生了张拉钢绞线部分压力大、无张拉钢绞线部分压力小，呈灯泡形变化的压力分布，这样的压力较好地模拟出结构模型在水下所受上小下大的压力分布情况。通过环箍钢绞线及张拉钢绞线上串接的测力计可以读出各自施力的大小；结构模型各处所受压力及相关力学参数，则通过设置在结构模型表面的应变片、位移计分别测出结构模型的内力、结构^t型的变形；这些数据再送计算机进行处理，即得到隧道结构模型在水压作用下的力学性能参数值。调整环箍钢铰线的拉紧度及张拉钢铰线的张拉角及张拉力，可以调整非均匀水压力的量值，从而模拟出在不同水深处，结构模型所受到的水压情况。与现有技术相比，本发明的有益效果是一、能对盾构隧道的结构模型施加灯泡形水压，较真实地试验测出环境水压对隧道的结构模型的作用和影响，从而对水下盾构隧道结构的设计和施工给出更科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。二、通过调整环箍钢铰线的拉紧度及张拉钢绞线的张拉力张开角的调整，从而调整接触压力及其变化，进而对于结构模型的加载量值进行控制，模拟出在不同水位条件下的水压对于结构模型的作用及影响，使本发明方法适用性强，可用于各种水下盾构隧道结构的试验。上述的A步布置均匀压力加载装置时，还在结构模型的外表面设有锚索定位杆，定位杆的内表面上开槽，环箍钢绞线穿过定位杆上的开槽。这样，可将每条环箍钢铰线定位在定位杆的开槽中，各条环箍钢绞线均匀间隔分布，避免在试验时，环箍钢铰线相互缠绕，影响载荷的施加，导致试验难以进行的情形出现。上述的A步环箍钢绞线的一端固定在加力台座上的具体作法是环箍钢绞线通过螺栓连接在加力台座的竖板上。这样，可通过螺栓来调节环箍钢绞线的张紧程度进行微调，从而精确控制结构模型所受的均匀压力的量值下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。图l是本发明实施例均匀水压加载方法示意图。图2是本发明实施例非均匀水压加载方法示意图。图3是是本发明实施例模拟的灯泡型水压的压力分布示意图。具体实施方式实施例首先需要说明的是，为了图示的简明、清楚，图1、图2分别绘出的是均匀加载和非均匀加载的情况。而实际上，本发明在实施时，均匀和非均匀加载同时进行，即图1、2中的结构模型为同一模型，其它装置则全部同时分布设置迭加在该模型上。也即实际实施时的情形应为图1、图2的合成。本发明的一种具体实施方式为，一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，其作法是A、布置均匀压力加载装置图l示出，布置均匀压力加载装置的作法是将盾构隧道的结构模型1水平放置于地面，八条环箍钢绞线8的一端固定在加力台座2的竖板21上，另一端绕结构模型l外表面一周后，固定在加力转轴上3，该加力转轴3穿过加力台座2横板22,加力转轴3的上端连接有加力横梁4,每条环箍钢绞线8上均串接有测力计9。B、布置非均匀压力加载装置图2示出，两条绞线固定梁5之间连接二条以上的长度为结构模型1周长一半或接近一半的张拉钢绞线6，再将两条绞线固定梁5及张拉钢绞线6全部贴放于结构模型1的表面的同一侧，结构模型1表面另一侧的二个加力装置7分别通过加力钢缆13与对应的绞线固定梁5相连，钢绞线6上串接测力计9;本发明的加力装置7可以由定滑轮组和砝码组成，将精确的砝码重力转换成张拉钢铰线的设定的水平拉力。C、测试仪器的布置将72个应变片10盾构隧道的结构模型1内、外表面上，位移计ll安装于盾构隧道的结构模型l的内表面。D、压力加载转动加力横梁4带动加力转轴3旋转，旋紧环箍钢绞线8对结构模型l施加压力；同时，通过二个加力装置7对张位钢绞线6施以拉力，加力钢绳13沿加力装置方向张开为30°夹角；获取应变片10、位移计ll的数据，送计算机进行处理。图1还示出，A步布置均匀压力加载装置时，还在结构模型1的外表面设有锚索定位杆8b,定位杆8b的内表面上开槽，环箍钢绞线8穿过定位杆8b上的开槽。A步环箍钢绞线8的一端固定在加力台座2上的具体作法是环箍钢绞线8通过螺栓14连接在加力台座2的竖板21上。本例中加力钢绳10沿加力装置方向张开为30°夹角，则可模拟出水深IO米的水压对隧道结构模型的压力作用。下表为本例方法的张拉钢铰线的张开角及张拉力与结构模型所受因张拉力产生的荷载的一组测试数据。其中拱底荷载为张拉钢铰线中部处的结构模型的荷载，它也是结构模型所受的最大荷载；两侧最小荷载为结构模型在张拉钢铰线两端部所受的荷载，它是结构模型两侧处所受的最小荷载。下表说明，通过本例方法的非均匀加力装置能够获在结构模型上产生从拱底到两侧逐渐减小的非均匀的压力。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>图3为用本例方法模拟的灯泡型水压的压力分布示意图，其中结构模型外的径向线段为结构模型承受的荷载，径向线段的长短表示荷载的大小。由图可见，张拉钢铰线中部处的结构模型的荷载最大，从此处向两侧逐渐减小，整个结构模型所承受的压力呈灯泡状的分布。权利要求1、一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，其作法是A、布置均匀压力加载装置将盾构隧道的结构模型(1)水平放置于地面，二条以上的环箍钢绞线(8)的一端固定在加力台座(2)的竖板(21)上，另一端绕结构模型(1)外表面一周后，固定在加力转轴上(3)，该加力转轴(3)穿过加力台座(2)的顶板(22)和底板(23)，加力转轴(3)的上端连接加力横梁(4)，环箍钢绞线(8)上串接测力计(9)；B、布置非均匀压力加载装置两条绞线固定梁(5)之间连接二条以上的长度为结构模型(1)周长一半或接近一半的张拉钢绞线(6)，再将两条绞线固定梁(5)及张拉钢绞线(6)全部贴放于结构模型(1)的表面的同一侧，结构模型(1)表面另一侧的二个加力装置(7)分别通过加力钢缆(13)与对应的绞线固定梁(5)相连，钢绞线(6)上串接测力计(9)；C、测试仪器的布置将多个应变片(10)贴放于盾构隧道的结构模型(1)内、外表面上，位移计(11)安装于盾构隧道的结构模型(1)的内表面；D、压力加载转动加力横梁(4)带动加力转轴(3)旋转，旋紧环箍钢绞线(8)对结构模型(1)施加压力；同时，通过二个加力装置(7)对张位钢绞线(6)施以拉力，加力钢绳(13)沿加力装置(7)方向向两侧对称张开，呈0°-60°夹角；获取应变片(10)、位移计(11)的数据，送计算机进行处理。2、如权利要求1所述的一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，其特征在于所述的A步布置均匀压力加载装置时，还在结构模型(1)的外表面设有锚索定位杆(8b),定位杆(8b)的内表面上开槽，环箍钢绞线(8)穿过定位杆(8b)上的开槽。3、如权利要求1所述的一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，其特征在于所述的A步环箍钢绞线(8)的一端固定在加力台座(2)上的具体作法是环箍钢绞线(8)通过螺栓(14)连接在加力台座(2)的竖板(21)上。全文摘要一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，采用二条以上的环箍钢绞线箍在水平放置的结构模型的外表面，对其施加均匀的径向压力；同时，张拉钢绞线贴于结构模型表面的同一半圆弧侧，并从结构模型表面的另一侧对张拉钢铰线施加拉力，从而对结构模型的半圆弧侧施加非均匀的径向压力；均匀及非均匀径向压力迭加，即模拟出盾构隧道结构模型所承受的灯泡形水压。再测出结构模型相应力学参数，送计算机进行处理。该方法实现了对盾构隧道结构模型在水下所受到的灯泡形水压的模拟，可实现各种盾构隧道结构模型在不同水位条件下的力学试验，为水下盾构隧道结构的设计和施工提供科学的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。文档编号G01L1/00GK101319941SQ20081004561公开日2008年12月10日申请日期2008年7月22日优先权日2008年7月22日发明者川何,何应道,坤封,张志强,晏启祥,雄杨申请人:西南交通大学