CN102620899A - 岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种用于岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置，本装置包括气囊，空气压缩机，减压阀，带有4个侧板、一个顶盖和一个基座的模型箱体，在左侧板纵向均匀设置至少两个千斤顶，在模型箱体内部设置一块与左侧板平行的且四周包有橡胶的内置板，千斤顶推动内置板产生水平方向位移，从而实现侧向加载；空气压缩机为气囊充气，减压阀控制气囊的压力；气囊置于模型箱体内部，从而实现竖向加载；此装置用于振动台试验，可以模拟不同的初始地应力状态，为研究不同工况下的隧道的动力反应提供了便利。采用气囊加载方式，实现振动台试验加载的同时还可以最大限度的降低模型箱体自身的质量。

Description

岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置

技术领域

本发明属于地下工程试验仪器技术领域，涉及一种用于岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置。

背景技术

汶川地震中，多座隧道遭到严重受损，出现了衬砌开裂、底板隆起、钢筋出露、隧道渗水等现象。随着公路隧道的大规模建设，对地下结构开展抗震、减震研究正逐渐得到人们的关注，振动台试验是目前开展隧道抗震性能研究的有效手段之一。由于公、铁路隧道往往埋深较大，发生地震时，隧道结构在高地应力作用状态下随围岩共同运动，但由于目前振动台条件的限制，还无法在振动台上模拟隧道真实承受地应力的状态。已做的模拟岩石隧道的振动台试验，初始应力场基本上都不满足相似定律，未考虑对试验模型的加载，这样便与实际事实不符。因此，在岩石隧道的大型振动台试验中，对初始应力场的模拟，且对试验模型在不同初始地应力状态下的模拟一直是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低、可靠性高，适用于岩石隧道振动台试验中围岩地应力的模拟装置。克服目前无法施加、试验严重失真的不足，解决地震条件下，围岩地应力的模拟问题。

岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置，包括气囊，空气压缩机，减压阀，带有4个侧板、一个顶盖和一个基座的模型箱体，其中前侧板上留有观察孔，前侧板(1)由三块钢板组成，模型箱体的左侧板外侧与基座之间设有斜支撑(2)，模型箱体的右侧板外侧与基座之间设有斜支撑(2)，用于提高模型箱体刚度并提高其自振频率，对左侧板(3)进行改造，在左侧板(3)内部纵向均匀设置至少两个千斤顶(4)，在模型箱体内部设置一块与左侧板(3)平行的内置板(5)，内置板(5)与模型箱体接触的四周包有橡胶，千斤顶(4)推动内置板(5)产生水平方向位移，用于提供侧向压力；空气压缩机(6)为气囊(7)充气，减压阀控制气囊(7)的压力；气囊(7)置于模型箱体内部，用于提供竖向压力；在模型箱体基座的相对两个面上安装成对的锁扣(8)，用于在自加载装置工作时，固定模型箱体的顶盖和侧板，保证顶盖不脱离侧板并保证模型箱体的整体刚度。

所述锁扣(8)为带有加劲肋的槽钢，所述锁扣(8)共有两对，每对锁扣(8)底部通过铆钉与基座相连，使用时每对锁扣(8)分别与前后侧板密贴，并且通过钢筋及螺栓对每对锁扣(8)的顶部进行连接，用于提高模型箱体的整体刚度并固定顶盖。

所述斜支撑(2)为角钢，通过螺栓与左右侧板和基座相连。

模型箱体的4个侧板之间以及4个侧板和基座通过螺栓进行固定。

有益效果

第一、将本装置应用于振动台试验中，可对试验模型进行竖向以及横向的加载，能较好的还原其真实的初始地应力状态。

第二、利用本装置可模拟在不同初始地应力条件下，试验模型的动力响应。

第三、采用气囊加载方式，使加载更加持久、稳定，且其质量较小，可以最大程度的减小试验箱体的重量，并较真实的反应试验模型的震动反应。

附图说明

图1为实施例的主视图；

图2为实施例的剖面图；

图3为实施例的侧视图；

图中，1、前侧板，2、斜支撑，3、左侧板，4、千斤顶，5、内置板，7、气囊，8、锁扣，9、后侧板

具体实施方法

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明的实施例作进一步详细的说明。

参照图2，图2为本发明岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置的剖面图。

具体试验时，具体操作方式描述如下：

1、试验前准备工作及试验模型的浇筑：准备试验所需的相似材料、传感器以及数据采集器，并检查所需仪器设备是否正常，利用模型箱对试验模型进行分层浇筑，并养护使试验模型充分干燥。

2、模型箱的安装：先将基座吊装至振动台，然后将先前浇筑完成的试验模型置于基座中部，将左右侧板用螺栓与基座连接，接着将后侧板用螺栓与基座以及左右侧板连接，然后用螺栓将千斤顶与左侧板连接，并放置内置板在千斤顶与模型之间，最后安装前侧板，用螺栓将前侧板与基座以及左右侧板连接，并将气囊放置到试验模型之上。为了保证左右侧板的强度，在左右侧板外还加装了交叉斜肋，如图3所示。

3、模型箱的盖装：待箱体基本组装完毕后，将顶盖吊装至气囊之上，并将两对锁扣提起，用以扣紧顶盖，接着将两头带有螺纹的钢筋穿过两对锁扣顶部的预留孔，然后用螺栓进行连接，如图3所示。

4、千斤顶加载：利用伺服控制千斤顶，千斤顶推动内置板，内置板四周贴以橡胶，保证内置板产生位移，对试验模型进行侧向加载。

5、气囊加载：待千斤顶加载完毕后，利用空气压缩机为试验气囊加压，并根据试验要求，利用减压阀调节相应加载气囊内的压力值，对模型进行竖向加载。

6、动力加载：千斤顶加载和气囊加载结束后，按照试验要求，输入地震波，启动振动台，并记录各传感器的数据。

介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置，包括气囊，空气压缩机，减压阀，带有4个侧板、一个顶盖和一个基座的模型箱体，其中前侧板上留有观察孔，前侧板(1)由三块钢板组成，模型箱体的左侧板外侧与基座之间设有斜支撑(2)，模型箱体的右侧板外侧与基座之间设有斜支撑(2)，用于提高模型箱体刚度并提高其自振频率，其特征在于：对左侧板(3)进行改造，在左侧板(3)内部纵向均匀设置至少两个千斤顶(4)，在模型箱体内部设置一块与左侧板(3)平行的内置板(5)，内置板(5)与模型箱体接触的四周包有橡胶，千斤顶(4)推动内置板(5)产生水平方向位移，用于提供侧向压力；空气压缩机(6)为气囊(7)充气，减压阀控制气囊(7)的压力；气囊(7)置于模型箱体内部，用于提供竖向压力；在模型箱体基座的相对两个面上安装成对的锁扣(8)，用于在自加载装置工作时，固定模型箱体的顶盖和侧板，保证顶盖不脱离侧板并保证模型箱体的整体刚度。

2.根据权利要求1所述的岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置，其特征在于，所述锁扣(8)为带有加劲肋的槽钢，所述锁扣(8)共有两对，每对锁扣(8)底部通过铆钉与基座相连，使用时每对锁扣(8)分别与前后侧板密贴，并且通过钢筋及螺栓对每对锁扣(8)的顶部进行连接，用于提高模型箱体的整体刚度并固定顶盖。

3.根据权利要求1所述的岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置，其特征在于，所述斜支撑(2)为角钢，通过螺栓与左右侧板和基座相连。

4.根据权利要求1所述的岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置，其特征在于，模型箱体的4个侧板之间以及4个侧板和基座通过螺栓进行固定。

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