CN109342151B - 消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置，包括从下到上顺序设置的安装槽、滚动钢珠组、土工布以及卧式隧道模型本体，所述滚动钢珠组置于安装槽内，所述卧式隧道模型本体包含隧道围岩与隧道衬砌，所述隧道围岩的四周侧壁上均设置有荷载分配板，每个所述荷载分配板外均横向间隔设置有若干个加载千斤顶；本发明还涉及一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验方法。本发明不仅结构设计简单合理，在试验加载过程中，土工布对卧式隧道模型本体不产生约束作用，土工布能随卧式隧道模型本体共同变形，同时滚动钢珠组跟随卧式隧道模型本体变形，无摩擦地原位自由滚动，大大减小乃至消除卧式隧道模型本体底部摩擦的不利影响，成本低廉，操作方便。

Description

消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置及试验方法。
背景技术
对于复杂地下工程而言，开展室内模型试验是了解结构-围岩相互作用、掌握围岩-结构体系施工力学特性的重要研究手段。而针对隧道工程的模型试验，根据其加载方式不同大致可分为立式试验和卧式试验两种。卧式模型试验中，通常采用千斤顶或其他方式在模型四周进行水平双向加载，来模拟围岩的远场地应力；因此卧式试验装置具有加载简便、易于制作大比例模型等优点。
但卧式隧道模型试验中，其模型底部与试验台基座直接接触，加载过程中不可避免地受到底部摩擦力的影响；即模型四周水平千斤顶所施加的应力，须先克服模型底部摩擦，才能逐步传导到隧道模型内部。因此如何克服底部摩擦造成的不利影响，是关系到卧式模型试验成败的关键。已有前人设计出复杂的机械式模型箱或专门的试验台架，来克服底部摩擦的不利影响；但对常规实验室而言，其制作成本较为高昂，且操作也略显不便。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置及试验方法，不仅结构设计合理，而且易于操作。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置，包括从下到上顺序设置的安装槽、滚动钢珠组、土工布以及卧式隧道模型本体，所述滚动钢珠组置于安装槽内，所述卧式隧道模型本体包含隧道围岩与隧道衬砌，所述隧道围岩的四周侧壁上均设置有荷载分配板，每个所述荷载分配板外均水平向间隔设置有若干个加载千斤顶。
进一步的，所述滚动钢珠组包含若干个横纵排列布满安装槽的滚珠，每个所述滚珠的直径均大于安装槽的深度。
进一步的，每个所述滚珠的外表面均涂抹有润滑油层。
进一步的，所述安装槽的尺寸小于卧式隧道模型本体的尺寸。
进一步的，所述安装槽设置在试验台基座上或者设置在地面上。
进一步的，所述土工布的尺寸大于卧式隧道模型本体的尺寸。
进一步的，所述滚动钢珠组与土工布之间设置有抽取式钢垫板，所述抽取式钢垫板在卧式隧道模型本体成形前装入，所述抽取式钢垫板在卧式隧道模型本体成形后抽走。
进一步的，所述抽取式钢垫板的上表面与下表面均涂抹有润滑油层。
进一步的，所述抽取式钢垫板的尺寸大于卧式隧道模型本体的尺寸。
一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验方法，包括上述任意一项所述的消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置，包含以下步骤：
（1）在试验台基座或直接在地面上开设安装槽，在所述安装槽内放置滚动钢珠组；
（2）在所述滚动钢珠组上覆盖抽取式钢垫板；
（3）在所述抽取式钢垫板上覆盖土工布；
（4）在所述土工布上浇筑卧式隧道模型本体；
（5）待所述卧式隧道模型本体成形后，缓慢地抽去抽取式钢垫；
（6）采用荷载分配板与水平向的加载千斤顶对卧式隧道模型本体进行加载，完成后续相关试验。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结构设计巧妙，成本低廉，操作方便，在隧道模型浇筑过程中，抽取式钢垫板起到支承模型本体自重的作用，并保证卧式隧道模型本体底面平整性；待卧式隧道模型本体形成强度后，抽去抽取式钢垫板，卧式隧道模型本体自重由滚动钢珠组组直接承担，土工布则起到缓冲保护的作用；在试验加载过程中，土工布对卧式隧道模型本体不产生约束作用，土工布能随卧式隧道模型本体共同变形，同时滚动钢珠组跟随模型本体变形，无摩擦地原位自由滚动，大大减小乃至消除卧式隧道模型本体底部摩擦的不利影响。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例滚动钢珠组的构造示意图。
图2为本发明实施例滚动钢珠组的构造示意图。
图3为本发明实施例滚动钢珠组、抽取式钢垫板以及土工布的构造示意图。
图4为本发明实施例滚动钢珠组、抽取式钢垫板以及土工布的构造示意图。
图5为本发明实施例滚动钢珠组、抽取式钢垫板、土工布以及卧式隧道模型本体的构造示意图。
图6为本发明实施例滚动钢珠组、抽取式钢垫板、土工布以及卧式隧道模型本体的构造示意图。
图7为本发明实施例的整体构造示意图。
图8为本发明实施例的整体构造示意图。
图中：1-安装槽，2-滚动钢珠组，201-滚珠，3-土工布，4-卧式隧道模型本体，401-隧道围岩，402-隧道衬砌，5-荷载分配板，6-加载千斤顶，7-试验台基座，8-抽取式钢垫板。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~8所示，一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置，包括从下到上顺序设置的安装槽1、滚动钢珠组2、土工布3以及卧式隧道模型本体，所述滚动钢珠组2置于安装槽1内，所述卧式隧道模型本体4包含隧道围岩401与隧道衬砌402，所述隧道围岩401的四周侧壁上均设置有荷载分配板5，每个所述荷载分配板5外均水平向间隔设置有若干个加载千斤顶6；所述加载千斤顶6采用现有的千斤顶。
在本发明实施例中，所述滚动钢珠组2包含若干个横纵排列布满安装槽1的滚珠201，每个所述滚珠201的直径均大于安装槽1的深度。
在本发明实施例中，每个所述滚珠201的外表面均涂抹有润滑油层，使所述滚珠201可以无摩擦地原位自由滚动。
在本发明实施例中，所述安装槽1的尺寸小于卧式隧道模型本体4的尺寸。
在本发明实施例中，所述安装槽1设置在试验台基座7上或者设置在地面上。
在本发明实施例中，所述土工布3的尺寸大于卧式隧道模型本体4的尺寸；所述土工布3为薄层状柔性材料，对所述卧式隧道模型本体4不产生约束作用，能随所述卧式隧道模型本体4共同变形。
在本发明实施例中，所述滚动钢珠组2与土工布3之间设置有抽取式钢垫板8，所述抽取式钢垫板8在卧式隧道模型本体4成形前装入，所述抽取式钢垫板8在卧式隧道模型本体4成形后抽走；在所述土工布3上浇筑卧式隧道模型本体4，此时所述抽取式钢垫板8起到支承模型自重的作用，并保证卧式隧道模型本体4底面的平整性；待所述卧式隧道模型本体4形成强度后，缓慢地抽去所述抽取式钢垫板8，此时所述卧式隧道模型本体4的自重由滚动钢珠组2直接承担，而所述土工布3则起到缓冲保护的作用，本发明灵活利用抽取式钢垫板8和土工布3的刚柔特性。
在本发明实施例中，所述抽取式钢垫板8的上表面与下表面均涂抹有润滑油层，利于对所述抽取式钢垫板8进行抽取。
在本发明实施例中，所述抽取式钢垫板8的尺寸大于卧式隧道模型本体4的尺寸。
在本发明实施例中，一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验方法，包括上述任意一项所述的消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置，包含以下步骤：
（1）在试验台基座7或直接在地面上开设安装槽1，在所述安装槽1内放置滚动钢珠组2；
（2）在所述滚动钢珠组2上覆盖抽取式钢垫板8；
（3）在所述抽取式钢垫板8上覆盖土工布3；
（4）在所述土工布3上浇筑卧式隧道模型本体4；
（5）待所述卧式隧道模型本体4成形后，缓慢地抽去抽取式钢垫8；
（6）采用荷载分配板5与水平向的加载千斤顶6对卧式隧道模型本体4进行加载，完成后续相关试验；后续试验加载过程中，所述土工布3对卧式隧道模型本体4不产生约束作用，能随所述卧式隧道模型本体4共同变形，同时所述滚动钢珠组2可跟随卧式隧道模型本体4变形，无摩擦地原位自由滚动，大大减小乃至消除卧式隧道模型本体4底部摩擦的不利影响，相比于复杂的试验模型箱或特制的试验台架，本发明具有成本低廉、操作方便的显著优点。
上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置的试验方法，其特征在于：包括从下到上顺序设置的安装槽、滚动钢珠组、土工布以及卧式隧道模型本体，所述滚动钢珠组置于安装槽内，所述卧式隧道模型本体包含隧道围岩与隧道衬砌，所述隧道围岩的四周侧壁上均设置有荷载分配板，每个所述荷载分配板外均水平向间隔设置有若干个加载千斤顶；
所述滚动钢珠组包含若干个横纵排列布满安装槽的滚珠，每个所述滚珠的直径均大于安装槽的深度；
每个所述滚珠的外表面均涂抹有润滑油层；
所述滚动钢珠组与土工布之间设置有抽取式钢垫板，所述抽取式钢垫板在卧式隧道模型本体成形前装入，所述抽取式钢垫板在卧式隧道模型本体成形后抽走；
所述抽取式钢垫板的上表面与下表面均涂抹有润滑油层；
消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置的试验方法，包含以下步骤：
（1）在试验台基座或直接在地面上开设安装槽，在所述安装槽内放置滚动钢珠组；
（2）在所述滚动钢珠组上覆盖抽取式钢垫板；
（3）在所述抽取式钢垫板上覆盖土工布；
（4）在所述土工布上浇筑卧式隧道模型本体；
（5）待所述卧式隧道模型本体成形后，缓慢地抽去抽取式钢垫板；
（6）采用荷载分配板与水平向的加载千斤顶对卧式隧道模型本体进行加载，完成后续相关试验。
2.根据权利要求1所述的消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置的试验方法，其特征在于：所述安装槽的尺寸小于卧式隧道模型本体的尺寸。
3.根据权利要求1所述的消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置的试验方法，其特征在于：所述安装槽设置在试验台基座上或者设置在地面上。
4.根据权利要求1所述的消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置的试验方法，其特征在于：所述土工布的尺寸大于卧式隧道模型本体的尺寸。
5.根据权利要求1所述的消除底部摩擦的卧式隧道模型试验装置的试验方法，其特征在于：所述抽取式钢垫板的尺寸大于卧式隧道模型本体的尺寸。
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