一种隧道裂损衬砌结构渗漏水特性实验系统的制作方法

本发明属于隧道工程试验领域，涉及一种隧道裂损衬砌结构渗漏水特性实验系统。

背景技术：

隧道结构具有缩减线路距离、改善线型条件的重要作用。然而，隧道结构属于半隐蔽工程，存在地质勘察、设计、施工、养护等多方面的不确定性，加之运营过程材料性能退化，导致运营隧道结构病害普遍存在，其中衬砌结构开裂、渗漏水病害最为常见，危害结构安全，影响运营环境。

众多隧道病害经验表明，衬砌结构破损和渗漏水是影响隧道安全的主要因素。针对衬砌结构裂损、渗漏水的研究，既有成果基于单一病害工况，且以定性研究为主。实际工程中，裂缝与渗漏水多同时出现，裂缝的出现是影响隧道内渗漏水的主要原因，渗漏水压又会加重裂缝病害程度，二者具有密切的相互作用。

试验是工程研究中最常用方法，具有直观、可靠等显著优点。通过对现有的技术装备及相关文献检测发现。以混凝土抗渗仪、岩石渗透仪、空化声震试验系统为代表的既有试验装备主要针对无裂损衬砌结构。对于裂损衬砌结构，存在压力维持难、现象观测难、试验成本高、结构比尺小等不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水压稳定、带压水可以连续输入的隧道裂损衬砌结构渗漏水特性实验系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道裂损衬砌结构渗漏水特性实验系统，包括压力水制备系统及裂损衬砌结构实验系统；所述压力水制备系统与裂损衬砌结构实验系统通过柔性抗压水管相连；所述压力水制备系统包括罐体、设置在罐体上的进气阀、进水阀、出水阀，通过控制进气阀气压调节出水阀水压；所述裂损衬砌结构实验系统包括刚性壁，贴合在刚性壁内侧的填充层；该填充层呈环形，其内部中空，用于安装试件；试件上安装有加载板，该加载板通过柔性抗压水管连通出水阀。

可选地，所述罐体上还设有控压模块，所述控压模块包括设置在罐体上的卸压孔以及设置在卸压孔内的控压块。

可选地，还包括串联设置在罐体上的液位显示器，用于显示罐体内液面高度。

可选地，所述刚性壁的截面呈“l”型，其短边的延伸长度超出填充层，用于限制试件位置。

可选地，所述加载板靠近试件的一侧上还设有渗水垫片。

可选地，所述填充层由若干填充单体间隔布置而成，相邻的填充单体由变形缝隔开。

可选地，所述刚性壁为方形或圆形。

可选地，填充层由橡胶材料或硅胶材料制成。

可选地，所述控压块设有若干个，通过调整控压块的数量和/或重量调整压力。

可选地，所述填充层底部向内收拢，用于为所述加载板的加载力提供反向支撑。

本发明的有益效果在于：

本发明通过空气稳压的方式获取稳定水压，相较于直接制备压力水，具有压力稳定、控制简单、成本低廉的优点，具有实验水压稳定、带压水连续输入、实验系统简单、实验流程简便、可实现不同厚度裂损衬砌结构试验等优点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为压力水制备系统的整体结构示意图；

图2为裂损衬砌结构实验系统的整体结构示意图；

图3为刚性壁为圆形时裂损衬砌结构实验系统的顶部及底部视图；

图4为刚性壁为方形时裂损衬砌结构实验系统的顶部及底部视图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图4，附图中的元件标号分别表示：出水阀1、进气阀2、进水阀3、液位显示器4、极限位置5、卸压孔6、控压块7、罐体8、刚性壁9、填充层10、试件11、渗水垫片12、加载板13、变形缝14。

本发明涉及一种隧道裂损衬砌结构渗漏水特性实验系统，包括压力水制备系统及裂损衬砌结构实验系统；所述压力水制备系统与裂损衬砌结构实验系统通过柔性抗压水管相连；所述压力水制备系统包括罐体8、设置在罐体8上的进气阀2、进水阀3、出水阀1，通过控制进气阀2气压调节出水阀1水压；所述裂损衬砌结构实验系统包括刚性壁9，贴合在刚性壁9内侧的填充层10；该填充层10呈环形，其内部中空，用于安装试件11；试件11上安装有加载板13，该加载板13通过柔性抗压水管连通出水阀1。

可选地，所述罐体8上还设有控压模块，所述控压模块包括设置在罐体8上的卸压孔6以及设置在卸压孔6内的控压块7；还包括串联设置在罐体8上的液位显示器4，用于显示罐体8内液面高度；所述刚性壁9的截面呈“l”型，其短边的延伸长度超出填充层10，用于限制试件11位置；所述加载板13靠近试件11的一侧上还设有渗水垫片12；所述填充层10由若干填充单体间隔布置而成，相邻的填充单体由变形缝14隔开；所述刚性壁9为方形或圆形；填充层10由橡胶材料或硅胶材料制成；所述控压块7设有若干个，通过调整控压块7的数量和/或重量调整压力；所述填充层10底部向内收拢，用于为所述加载板13的加载力提供反向支撑。

具体地，本发明中的进气阀2与空压进气系统相连，压力水制备系统打开后或控压块7下降至卸压孔6下极限位置5时，通过电控系统，自动接通空压进气系统，向压力水制备系统内注入空气以提高出水阀1水压。控压块7根据不同水压力需求填减，通过控制其数量实现不同控压块7重量，通过控制其重量，达到实现所需压缩空气压力的目的，控压块7重量m＝ap/g，其中a为控压块7所处断面横截面积、p为目标压力水压力、g为重力加速度。当压缩空气压力减小时控压块7下降，当下降至极限位置5后，触发空压进气系统开关，从而开打开头，注入空气，维持压力；当压缩空气压力增大时，控压块7上升，当控压块7高度高于卸压孔6时，富余空气压力通过卸压空消散，并促发空压进气系统开头，从而，关闭开关，维持压力；通过控压块7质量的增减、控压块7位置的升降，可实现空气压力稳定的自动维持。

本发明中的控压块7所处卸压孔6内管壁光滑，从而保障控压块7的上升下降无需明显附加压力；最大控压块7最高位与最低位的体积差不宜小于200ml，从而保证裂损衬砌结构试验过程中，由于带压水的流出，控压块7不会过于频繁升降导致空压进气系统频繁开关。

压力水制备系统内安装液位显示器4，液面高度到达极限低位时，促发进水系统开关打开，进水系统向压力水制备系统内注入纯净水，从而提高液位；当液位高度达到极限高位时，促发进水系统开关关闭。极限低位与极限高位所处位置对应压力水制备系统内纯净水体积差不宜小于1000ml，以避免进水系统频繁开头影响寿命。通过液控显示器，可实现压力水制备系统纯净水自动补充，保障试验连续性。

实验主体结构采用刚性壁9配合柔性填充层10的形式构成，高度不宜小于80cm，以满足不同厚度衬砌实验需求；根据试件11形状，刚性壁9可为圆形、方形等形状，以适应不同试件11形状，圆形试件11多为钻孔取芯获得，可用于现场采集的试件11试验，方形多为实验室制备试件11；实验主体结构采用不透钢材等高强度材料制备，以满足承载需求。

刚性壁9与试验试件11中间用柔性填充层10相结合，填充层10可由橡胶材料、硅胶材料等具有一定柔性的材料组成，实现试验试件11的完成包裹与压实，防止带压水从二者接触部位渗流，相较传统采用液体施工围压的方法，采用固体施加围压防水效果更好，不会造成不同类型液体混合，更易操作和维护。

实验主体结构上部为加载板13，通过竖直向下施加轴向压力，实现试件11稳固，保障试件11受力状态与真实状态一致。加载板13下部垫刚性的渗水垫片12，渗水垫片12可为多孔刚片、多孔金刚砂片等，从而实现实验试件11上部水压均匀施加，渗水垫片12厚度不宜过大，以控制水头损失。实验主体结构下部的填充层10向内收拢，以为竖向施加的轴力提供反向支撑。

根据需求，实验主体结构下部有可快捷拆装的渗水收集与流量监测装备，实验过程中，此部位拆除后，可观察裂损衬砌结构渗流状态，以便试验结果定性分析；此部位安装后，可监测不同不压作用下，不同裂损衬砌结构试件11的渗水流速，以便试验结果定量分析。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。