CN102213098A - 一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置 - Google Patents

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张子新
雷庆华
石振明
黄昕
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Abstract

本发明涉及一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，该试验装置连接在加载试验机的轨道上，包括加载缸、连接件及加载板，加载缸设置在加载试验机的轨道上，该轨道上设置滑轮装置，加载缸经滑轮装置控制在轨道上滑动，连接件与加载缸的底部连接，加载板与连接件的底部连接。与现有技术相比，本发明的试验过程与结果更符合实际工程情况，可对局部特殊荷载形式进行模拟，真实模拟基础工程施工过程及车辆动力荷载对临近地下构筑物的影响。

Description

一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置
技术领域
本发明涉及一种试验装置，尤其是涉及一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置。
背景技术
随着国民经济的快速增长，城市基础建设进入了空前的迅速发展阶段，而在建与已建建筑物之间的距离也逐渐缩小，使得工程施工与设计人员不得不考虑建筑物之间相互作用等复杂工程问题。诸如在隧道及地下工程建设中，时常需考虑周围构筑物(如高层建筑物、桥梁、车辆荷载及堆载等)与地下结构物之间的相互作用与影响，甚至有时还需考虑周围建筑物基础的施工过程对地下结构物、邻近地表及构筑物的影响。由于传统的地下工程模型试验仪器只能施加简单的均匀荷载，对于这种复杂的工程问题只能采取等价简化的方法进行研究，而试验结果往往与实际监测结果存在很大的差异性。在工程实际中，工程师们往往只能借助计算机数值模拟的手段进行分析计算，并根据经验对计算结果进行修正，由于没有可靠的试验手段作为有效的支撑，计算结果的可信度往往很差，而大量的工程监测数据也表明仅仅依靠该种途径往往会产生很大的偏差。因此迫切需要一种可以在室内较为真实与科学地模拟这类复杂工程问题的试验方法与试验设备，用以解决工程中近距离建筑物相互影响这一难题，并为理论研究提供试验依据。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟效果较为真实、符合实际工况的模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，该试验装置连接在加载试验机的轨道上，其特征在于，该试验装置包括加载缸、连接件及加载板，所述的加载缸设置在加载试验机的轨道上，该轨道上设置滑轮装置，加载缸经滑轮装置控制在轨道上滑动，所述的连接件与加载缸的底部连接，所述的加载板与连接件的底部连接。
所述的连接件包括连接杆、六角螺栓端头及螺纹端，所述的六角螺栓端头设在连接杆的中部，所述的螺纹端设在连接杆的两端，连接杆通过螺纹端与加载缸及加载板连接。
所述的轨道上设置有刻度。
所述的试验装置通过滑轮装置控制在轨道上进行自由移动或定位。
所述的试验装置可以模拟工程中的局部荷载。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)改变了传统加载装置中只能模拟均布或梯形荷载的现象，试验过程与结果更符合实际工程情况；
(2)利用该装置可在隧道及地下工程模型试验中对工程中时常遇到的局部特殊荷载形式进行模拟，尤其是一些复杂的基础形式(群桩、沉井等)，进一步研究地下工程与临近构筑物的相互作用机理与效应；
(3)可较为真实地模拟基础工程施工过程(如沉井下沉，打桩等)及车辆动力荷载对临近地下构筑物的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为连接件的局部放大图；
图4为使用本发明的流程图；
图5为使用本发明对建筑物基础静力模拟的示意图；
图6为使用本发明对建筑物基础动态施工模拟的示意图；
图7为使用本发明对沉井基础施工模拟的示意图；
图8为使用本发明对局部堆载与超载模拟的示意图。
图中1为加载缸、2为连接件、3为加载板、4为加载试验机、5为轨道、6为模型材料、7为六角螺栓端头、8为螺纹端、9为连接杆、10为滑轮装置、11为对建筑物浅基础的模拟、12为对桥梁或高层建筑桩基础的模拟、13为对地下连续墙基础的模拟、14为对桩基础施工的模拟、15为对沉井基础施工的模拟、16为地面局部堆载的模拟、17为对路堤车辆荷载的模拟。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，该试验装置连接在加载试验机的轨道上，其结构如图1-2所示，该试验装置包括加载缸1、连接件2及加载板3，加载缸1设置在加载试验机4的轨道5上，该轨道5上设置滑轮装置10，加载缸1经滑轮装置10控制在轨道5上滑动，连接件2的结构如图3所示，包括六角螺栓端头7、螺纹端8及连接杆9，六角螺栓端头7设在连接杆9的中部，螺纹端8设在连接杆9的两端，连接杆9通过两端的螺纹端8与加载缸1及加载板3连接。试验装置通过滑轮装置10控制在轨道5上进行自由移动或定位，该试验装置具有自由移动及定位功能。
使用本发明的工艺流程图如图4所示，采用以下步骤：首先选择加载板或是特殊的基础模型，再利用连接件将加载板或基础模型与加载缸的端头进行连接固定，模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置准备就绪后，将该试验装置安装至加载试验机的轨道处，并精确定位，在试验装置下部放置施筑材料，通过试验确定加载速率与量值，进行模型试验，试验完成后，将模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置拆除即可。
根据上述步骤，利用该试验装置进行试验，如图5-8所示。图5是对建筑物基础的静力模拟。包括对建筑物浅基础的模拟11，对桥梁或高层建筑桩基础的模拟12，对地下连续墙基础的模拟13。图6是对建筑物基础动态施工模拟，包括对桩基础施工的模拟14，连接件下部的加载板更换成为特殊基础模型，图7是沉井基础施工模拟的示意图，包括对沉井基础施工的模拟15，连接件下部的加载板更换成为沉井模型，图8是对局部堆载与超载模拟的示意图，包括地面局部堆载的模拟16、对路堤车辆荷载的模拟17。
本发明的工作原理：通过设置于加载系统上横梁外缘的标有刻度的导轨对加载装置进行移动和定位，实现对不同位置局部特殊荷载的施加；利用可以控制加载量值的加载缸实现荷载的不同大小的局部荷载施加，且加载缸端头预留螺栓孔；提供一定规格模数的加载板用于模拟简单基础形式(如桥台、浅基础等)、局部堆载及超载等，但对于一些特殊基础(如单桩与群桩、沉井、锚锭等)需由试验者根据实际情况专门设计和制作；通过所提供的连接件将加载板或特制基础模型与加载缸端头连接固定；试验中，如果模拟静力工况，需根据相应规定逐级施加荷载，消除加载过程动力效应，如果需模拟动力工况，则需按照计算加载速率进行荷载的施加；如试验中不需要对局部特殊荷载进行模拟，可将该装置从加载系统中卸除。试验过程中需要严格根据计算的加载速度进行荷载的施加，在沉井基础施工模拟中还要求试验人员人工完成井内出土，以期对真实施工情形进行较好的模拟。

Claims (5)

1.一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，该试验装置连接在加载试验机的轨道上，其特征在于，该试验装置包括加载缸、连接件及加载板，所述的加载缸设置在加载试验机的轨道上，该轨道上设置滑轮装置，加载缸经滑轮装置控制在轨道上滑动，所述的连接件与加载缸的底部连接，所述的加载板与连接件的底部连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，其特征在于，所述的连接件包括连接杆、六角螺栓端头及螺纹端，所述的六角螺栓端头设在连接杆的中部，所述的螺纹端设在连接杆的两端，连接杆通过螺纹端与加载缸及加载板连接。
3.根据权利要求1所述的一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，其特征在于，所述的轨道上设置有刻度。
4.根据权利要求1所述的一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，其特征在于，所述的试验装置通过滑轮装置控制在轨道上进行自由移动或定位。
5.根据权利要求1所述的一种模拟隧道及地下工程局部特殊荷载的试验装置，其特征在于，所述的试验装置可以模拟工程中的局部荷载。
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