一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型的制作方法
【专利摘要】一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型，其组成是：盾构隧道模型(1)的外周面上设有模拟管片接头初始刚度的凹槽(2)，并在凹槽(2)的两侧布置应变片(3)或位移计；应变片(3)或位移计均与检测及控制装置(4)电连接；注射石膏溶解剂的注射装置(5)注射端布置于凹槽(2)的底部。使用该模型进行试验，管片接头的刚度会随荷载的变化而相应变化，更符合实际工程中隧道管片接头的力学行为，其试验测试数据更准确、可靠，能为隧道工程的设计、施工与维护提供准确、可靠的试验依据。
【专利说明】一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型
【背景技术】
[0002] 隧道工程中，实际工程和结构的原型一般尺寸较大且较为复杂，其力学性能和受 力机理往往无法通过对结构直接进行研究而获得。而必须采用模型试验，即：借助于模型， 根据相似原理和相似准则进行试验，从而得到结构的各项数据和性能，为隧道的设计和施 工提供试验依据。盾构隧道结构在施工中由于构造以及施工技术等原因存在接头，隧道接 头的连接方式有多种，通常采用的有螺栓接头、无连接件接头、插入式接头、销插式接头以 及一些其他的连接形式。由于其结构特点，接头在整个结构中的作用至关重要，不管是从宏 观的计算模型，或者是结构接头的微观构造，接头处的结构形态、变形和应力状态等均具有 典型的非线性特征。而接头处的刚度等力学性能变化，会对接头处的接触关系、结构整体的 荷载，产生重要影响，特别是当荷载达到结构失稳临界状态时，对隧道结构整体受力状态和 变形具有非常大的影响。因此，在试验时，应该考虑这些力学性能的变化，以真实反映实际 工作情况。
[0003] 目前隧道模型试验中模拟接头刚度的方法有两类：
[0004] 第一类方法是对由聚乙烯管（PE管）等合成材料制作的模型，经过相似比计算后 用螺丝+薄塑料片（PE片）进行模拟。该方法中采用的材料与混凝土力学性能差异较大， 采用螺丝将接头PE片固定的方法不是实际接头的连接方式，螺丝孔也削弱了整体结构的 刚度，引起应力集中，其接头的布置方式虽然可以调整，但是其受力机理不同，也不能真实 反映接头的力学性能。
[0005] 第二类方法是对由石膏等胶凝材料制作的模型，采用在隧道衬砌结构受拉区削弱 截面的方式，通过计算确定对应于特定荷载工况各接头所需的开口深度，在试验前进行相 应深度的割槽。但由于割槽的深度不能在试验中随荷载等因素变化，因此不能真实反映隧 道接头在隧道开挖和运营过程中力学特性的变化。
[0006] 而实际工程中的隧道接头的刚度是随着荷载等外部环境的变化而改变的，因此， 以上方法中对于接头刚度的模拟，只能针对隧道接头特定的一种受力状态，其实验的刚度 等力学性能在试验过程中不能随荷载等其他因素改变，与实际工程中隧道接头的力学行为 不符，导致这些模型试验方法的试验结果的误差大，可靠性低，不能为隧道工程的设计、施 工与维护提供准确、可靠的试验依据。同时由于接头刚度固定，现有方法也不能够研究接头 刚度对隧道结构整体的变形和受力状态的影响。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的是提供一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型，该隧道模 型在试验过程中管片接头的刚度会随荷载的变化而相应变化，更加符合实际工程中隧道管 片接头的力学行为，从而其试验测试数据更准确、可靠，能为隧道工程的设计、施工与维护 提供更准确、可靠的试验依据。
[0008] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种衬砌结构接头刚度可变的 试验隧道模型，其特征是：
[0009] 盾构隧道模型的外周面上设有模拟管片接头初始刚度的凹槽，并在凹槽的两侧布 置应变片或位移计；应变片或位移计均与检测及控制装置电连接；注射石膏溶解剂的注射 装置注射端布置于凹槽的底部。
[0010] 使用本实用新型的隧道模型进行隧道模型试验的方法是：
[0011] 对盾构隧道模型逐级加载；每级加载后根据加载的荷载和应变片或位移计测得到 的应变值或位移量，计算出凹槽处的内力，得到该阶段对应接头刚度的凹槽计算深度；再由 注射装置向凹槽内注射石膏溶解剂以溶解凹槽底部的石膏，使凹槽的深度延长至该阶段的 凹槽计算深度。然后进行下一级的加载，直至加载完设定的级数或盾构隧道模型破坏。
[0012] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0013] 一、将现有试验中隧道结构接头刚度固定不变改为随荷载变化而相应变化，即根 据每一阶段的荷载不同计算出相应的凹槽深度，通过将凹槽深度改变成计算值，而模拟出 每一阶段的接头刚度。从而更加准确真实地模拟出隧道衬砌结构接头刚度在实际工程中 的非线性变化，更加符合实际工程中隧道接头的力学行为，从而其试验测试数据更准确、可 靠，能为隧道工程的设计、施工与维护提供准确、可靠的试验依据。
[0014] 二、本实用新型方法可通过等效计算结果，对接头的刚度进行定量控制，从而既可 以通过实验得到接头在不同外部条件下的力学行为和破坏形态，也可以通过实验得到在相 应接头刚度条件下，整个隧道结构在不同外部条件下的力学行为和破坏形态，方便研究隧 道结构接头刚度对整体结构的变形和受力状态的影响。
[0015] 上述的注射装置的具体构成是：多个注射器安装在注射器支架上，各个注射器的 活塞芯杆顶端与同一个活塞推板连接，与注射器针头相连的软管的末端作为注射端布置于 凹槽的底部。
[0016] 这样,多个注射器同步注射，可提高注射效率，并使注射均匀；从而提高试验效率， 减少试验误差。
[0017] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型实施例的试验隧道模型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 实施例
[0020] 图1示出，本实用新型的一种【具体实施方式】为，一种衬砌结构接头刚度可变的试 验隧道模型，其组成是：
[0021] 盾构隧道模型1的外周面上设有模拟管片接头初始刚度的凹槽2,并在凹槽2的两 侧布置应变片3或位移计；应变片3或位移计均与检测及控制装置4电连接；注射石膏溶解 剂的注射装置5注射端布置于凹槽2的底部。
[0022] 本例的注射装置5的具体构成是：多个注射器5a安装在注射器支架5b上，各个注 射器5a的活塞芯杆5c顶端与同一个活塞推板5d连接，与注射器5a针头相连的软管5e的 末端作为注射端布置于凹槽2的底部。
【权利要求】
1. 一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型，其特征是： 盾构隧道模型（1)的外周面上设有模拟管片接头初始刚度的凹槽（2)，并在凹槽（2)的 两侧布置应变片（3)或位移计；应变片（3)或位移计均与检测及控制装置（4)电连接；注射 石膏溶解剂的注射装置（5)注射端布置于凹槽（2)的底部。
2. 根据权利要求1所述的一种衬砌结构接头刚度可变的试验隧道模型，其特征是：所 述的注射装置（5)的具体构成是：多个注射器（5a)安装在注射器支架（5b)上，各个注射器 (5a)的活塞芯杆（5c)顶端与同一个活塞推板（5d)连接，与注射器（5a)针头相连的软管 (5e)的末端作为注射端布置于凹槽（2)的底部。
【文档编号】G09B25/04GK203870900SQ201420216505
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】封坤, 何川, 郭瑞, 王均勇, 刘四进, 邱月 申请人:西南交通大学