CN103759962A - 一种大型隧道模拟加载实验平台设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型隧道模拟加载实验平台设备，包括拼接结构和嵌入式加载结构，拼接结构包括上顶板，前壁、后壁、左侧板和右侧板以及底座共6个壁面拼接构成的密闭构架，其中上顶板通过设置在后壁的旋转轴可翻转的安装；左侧板和右侧板通过高强度螺栓固定在前壁和后壁的左、右端面后，再通过焊接密封；左侧板、右侧板、前壁和后壁通过高强度螺栓固定在底座上后，通过焊接密封，密封后加装固定销固定。拼接结构在组装的过程中采用密封条密封和焊接密封，保证了隧道加载平台设备的整体密封。嵌入式加载结构包括液压缸、推杆、推板，该结构嵌入拼接结构的上顶板，左侧板和右侧板，推杆处设置密封条完成密封。

Description

一种大型隧道模拟加载实验平台设备

技术领域

本发明属于地下工程模拟试验技术，特别涉及无水至高压水环境下围岩及隧道结构的相互作用、结构受力及变形模拟试验研究的隧道模拟加载实验平台设备。

背景技术

隧道结构与围岩相互作用的室内模拟试验装置，无论是动态仿真还是模型试验，在国内外均比较成熟，如日本、德国、美国等国家的相关试验室，以及铁道部科学研究院西南研究所、西安交通大学、中国矿业大学、同济大学等单位都有相关的试验装备。但这些试验装备小型，都只能模拟在无水或者低压水条件下，隧道开挖过程中围岩内部的应力变化和围岩支护结构之间的相互作用规律，作用范围局限，难以满足水压连续加载的试验条件，亦不能模拟高压水环境下围岩及隧道结构的相互作用的试验。随着近几年我国铁路事业的飞速发展，越来越多的隧道工程不可避免地会穿越富水地层，渗水、脱浆、坍塌都是隧道开挖过程中可能发生的危险，地下分岔隧道断面复杂更是对设计方和施工方提出了更大的考验。为了给实际工程提供可参考的依据，有必要研制出一套模拟不同隧道环境下围岩及隧道结构相互作用的试验平台。相比无水及低压水的模拟试验条件，高压水环境的模拟对平台的尺寸和承载要求有相应的提高，设备的尺寸的加大对其机械结构、密封性、嵌入性加载以及设备的运输等提出了新的难题，而且目前隧道的施工面临的四大难题，仅停留在预测---按经验施工---设立应急预案阶段，缺少模拟试验后有参照性的数据参考，不能科学地、环保地采用施工步序、选择注浆与否以及获悉不同水压条件下的影响、衬砌结构受力和围岩稳定性。随着隧道修建技术的发展和防水材料工艺的革新，有水甚至有高压水环境下围岩及隧道结构的相互作用、结构受力及变形模拟试验研究将有急剧增长的趋势。

针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种节约设备占地空间、密封效果良好的模拟高压水环境下围岩及隧道结构的相互作用、结构受力及变形模拟试验研究的大型隧道模拟加载实验平台机械结构。为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：一种大型隧道模拟加载实验平台设备，包括拼接结构、嵌入式加载结构和隔板结构，拼接结构包括上顶板，前壁、后壁、左侧板和右侧板以及底座共6个壁面拼接构成的密闭构架，在组装的过程中采用密封条密封和焊接密封两种；嵌入式加载结构包括液压缸、推杆、推板，该结构嵌入拼接结构的上顶板、左侧板和右侧板，推杆处设置密封条完成密封；隔板结构是在加载实验平台设备内部设置可拆卸的隔板，用于调整内部划分空间区域，便于试件数量的调整。

所述的拼接结构，其中上顶板通过设置在后壁的旋转轴可翻转的安装；左侧板和右侧板通过高强度螺栓固定在前壁和后壁的左、右端面后，再通过焊接密封；左侧板、右侧板、前壁和后壁通过高强度螺栓固定在底座上后，通过焊接密封，密封后加装固定销固定。

所述的隔板结构为可支撑式硬质钢板，通过改变可支撑式硬质钢板在结构内部的位置，缩小或者任意设置试件填充的空间，实现不同量试件的加载。

所述的底座中，设置传感器预留口和排水口，实现试件在试验过程中相关参数的采集以及水压试验后排水。

所述的前壁上设有前出料口，所述的后壁上设有后出料口，模拟隧道开挖。

所述的左壁外壁面、右壁外壁面和顶板均设有液压执行机构，密封嵌入上述三个壁面中，实现力的加载。

本发明的有益效果是：本发明主要解决了室内模型试验装置无法模拟高压水环境下围岩及隧道结构的相互作用、结构受力及变形模拟试验研究的问题，本发明的机械结构实现了拼接式结构，解决了大型隧道机构的安装生产问题；密封效果良好，采用密封条密封和焊接密封两种密封方法，保证了大型隧道加载平台的整体密封；嵌入式结构的设计，实现在密封环境要求较高的场合力的加载。。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的总体结构的后视角的立体图；

图2为本发明的总体结构的前视角的立体图；

图3为本发明的截面剖视示意图；

图4为本发明的前视角局部剖视立体图；

图5为本发明的上顶板闭合状态的正面视图；

图6为本发明密封凹槽与密封条的密封结构剖面图。

图7为本发明嵌入式加载结构示意图。

图8为本发明隔板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步阐述。

图1为本发明的总体结构的后视角的立体图；图2为本发明的总体结构的前视角的立体图；图3为本发明的截面剖视示意图；图4为本发明的前视角局部剖视立体图；图5为本发明的上顶板闭合状态的正面视图；结合图1、图2、图3、图4以及图5，本发明属于地下工程模拟试验技术，特别涉及无水及高压水环境下围岩及隧道结构的相互作用、结构受力及变形模拟试验研究的一套隧道模拟加载试验平台设备，包括机械系统，机械系统包括上顶板1，前壁2、后壁3、左侧板4和右侧板5，以及底座6构成的密闭装置，前壁2设有前出料口7，后壁3设有后出料口8；

左侧板4和右侧板5通过高强度螺栓（图中未示出高强度螺栓，仅示意螺栓孔位置表示）固定在前壁2和后壁3的左、右端面后，再通过焊接密封；

左侧板4和右侧板5、前壁2和后壁3通过高强度螺栓固定在底座13上后，通过焊接密封，密封后加装固定销14固定（图2中示出）；

结合图3和图4，底座13为两块板，通过高强度螺栓连接后焊接密封成形，两块板的对接端面分别设有凹槽15（图6中示出），凹槽15内设有密封条16，密封条16的直径大于凹槽15的宽度；左侧板4和右侧板5、前壁2和后壁3的上端面和下端面分别设有可对接连通的凹槽15，凹槽15内设有密封条16，密封条16的直径大于凹槽15的宽度。上顶板1盖下后，密封结构如图6中示出。

上顶板1与左侧板4和右侧板5、前壁2和后壁3的上端面盖压后通过在固定螺栓孔17内插入高强度螺栓连接后，四周通过固定销14固定。

嵌入式加载结构是由推板18、推杆19、液压缸20组成，嵌入到机械的拼装结构中，图1所示的三个壁面即上顶板1、左侧板4、右侧板5布置的共计126个嵌入式加载结构，实现左右两面和顶面两个方向力的加载，推杆与壁面的嵌入边缘设置有密封圈，完成良好的密封效果。

隔板结构图8所示，置于拼接结构内部的空间中，完成试件的填充，通过隔板的设置，限制了试件的位移，固定了试件的空间。在控制加载时，可单独加载隔板与拼接结构共同包围的空间，增强了试验的灵活性。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大型隧道模拟加载实验平台设备，其特征在于：包括拼接结构、嵌入式加载结构和隔板结构，拼接结构包括上顶板，前壁、后壁、左侧板和右侧板以及底座共6个壁面拼接构成的密闭构架，在组装的过程中采用密封条密封和焊接密封两种；嵌入式加载结构包括液压缸、推杆、推板，该结构嵌入拼接结构的上顶板、左侧板和右侧板，推杆处设置密封条完成密封；隔板结构是在加载实验平台设备内部设置可拆卸的隔板，用于调整内部划分空间区域，便于试件数量的调整。

2.根据权利要求1所述的一种大型隧道模拟加载实验平台设备，其特征在于：所述的拼接结构，其中上顶板通过设置在后壁的旋转轴可翻转的安装；左侧板和右侧板通过高强度螺栓固定在前壁和后壁的左、右端面后，再通过焊接密封；左侧板、右侧板、前壁和后壁通过高强度螺栓固定在底座上后，通过焊接密封，密封后加装固定销固定。

3.根据权利要求1所述的一种大型隧道模拟加载实验平台设备，其特征在于，所述的隔板结构为可支撑式硬质钢板，通过改变可支撑式硬质钢板在结构内部的位置，缩小或者任意设置试件填充的空间，实现不同量试件的加载。

4.根据权利要求1所述的一种大型隧道模拟加载实验平台设备，其特征在于，所述的底座中，设置传感器预留口和排水口，实现试件在试验过程中相关参数的采集以及水压试验后排水。

5.根据权利要求1所述的一种大型隧道模拟加载实验平台设备，，其特征在于，所述的前壁上设有前出料口，所述的后壁上设有后出料口，模拟隧道开挖。

6.根据权利要求1所述的一种大型隧道模拟加载实验平台设备，其特征在于，所述的左壁外壁面、右壁外壁面和顶板均设有液压执行机构，密封嵌入上述三个壁面中，实现力的加载。

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