CN112525053A - 一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置及测试方法，其中该装置包括底板、侧板、旋转轴、地层水平反力弹簧、加压板、千斤顶、千斤顶反力板和反力杆。底板用于放置充气后的塌方逃生气囊环，两个侧板分别通过旋转轴连接在底板的两端，用于夹紧气囊环；所述地层水平反力弹簧连接在两个侧板之间；加压板、千斤顶和千斤顶反力板从下向上依次放置于气囊环的顶部；通过反力杆将千斤顶反力板与底板固定连接。本发明的承载变形测试装置结构简单、价格便宜，拆除方便、能重复使用；装置仿真度高，气囊环测试受力状态与实际受力状态接近。本发明的承载变形测试方法标准性好，可通过地勘报告直接计算地层水平反力弹簧的劲度系数。

Description

一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于地下工程抢修设备测试技术领域，具体涉及一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置及测试方法。
背景技术
隧道塌方对人员的生命威胁极大。目前，塌方救援的方法包括外部救援和内部自救两种。
外部救援基本采用以下方法处理：先用管棚、超前小导管、地表注浆或冻结法等措施加固坍塌破碎地段，防止继续发展，然后采用分部开挖工法清理塌方体。由于塌方区围岩稳定性极差，处理塌方时需对其进行注浆预加固或预支护，但不论是预注浆还是预支护，都是对塌方体的二次扰动，极易引发二次塌方，施工人员的安全难以保证。此外，传统的管棚、超前小导管、地表注浆等抢通手段，需搭设作业平台，工序复杂、材料不能回收、成本高施工效率低，进度缓慢，难以适应救援快速抢通的需求。如2005年10月29日，诸永高速公路乌竹岭隧道右洞发生特大塌方，开挖台车全部被压毁，塌方体在洞内延伸20多米，塌方处理时间达半年之久。
内部自救分为被动自救和主动自救两种。被动自救采用逃生救援舱和逃生管，是指塌方发生时，隧道内人员躲入预先放置的逃生救援舱和逃生管中，等待外部救援，这种方法非常被动，而且对人员心理素质要求很高。主动自救为受困人员利用开挖设备和支护装置从内部向外开挖，主动脱困。柔和气囊环在短时间内充气展开对大变形区或塌方区加压支护，保障人员从气囊环中部逃生，而且气囊环还可重复回收使用，成本低廉，而且占空间小、重量轻，便于携带，在主动自救中得到越来越广泛的应用。但是目前还缺少一种对逃生柔性气囊环在承担塌方荷载作用下的变形测试装置及测试方法，以便统一规范评定逃生柔性气囊环性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置及测试方法，以解决如何对逃生柔性气囊环在承担塌方荷载作用下进行变形测试的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置，该承载变形测试装置包括底板、侧板、旋转轴、地层水平反力弹簧、加压板、千斤顶、千斤顶反力板和反力杆；其中，底板用于放置充气后的塌方逃生气囊环，两个侧板分别通过旋转轴连接在底板的两端，用于夹紧气囊环；所述地层水平反力弹簧连接在两个侧板之间；加压板、千斤顶和千斤顶反力板从下向上依次放置于气囊环的顶部；通过反力杆将千斤顶反力板与底板固定连接。
进一步地，地层水平反力弹簧的数量为1个或多个。
此外，本发明还提出一种塌方逃生气囊环承载变形测试方法，该承载变形测试方法采用上述测试装置，包括如下步骤：
(1)根据下式确定塌方逃生气囊环承载变形测试装置中单个地层水平反力弹簧的劲度系数：
kT＝ksDw/n
式中，kT为弹簧劲度系数，单位kN/m；ks为塌方地层水平反力系数，单位kN/m2；Dw为气囊环外径，单位m；n为地层水平反力弹簧数量；
(2)将充气后的塌方逃生气囊环放置于底板上，旋转侧板夹紧气囊环，将地层水平反力弹簧两端连接于侧板上；
(3)从下向上依次将加压板、千斤顶和千斤顶反力板放置于气囊环的顶部，并用反力杆固定千斤顶反力板；
(4)通过千斤顶依次测量气囊环在不同反力下相对于原始位置的内外竖向和横向变形量。
(三)有益效果
本发明提出一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置及测试方法，其中该装置包括底板、侧板、旋转轴、地层水平反力弹簧、加压板、千斤顶、千斤顶反力板和反力杆。底板用于放置充气后的塌方逃生气囊环，两个侧板分别通过旋转轴连接在底板的两端，用于夹紧气囊环；所述地层水平反力弹簧连接在两个侧板之间；加压板、千斤顶和千斤顶反力板从下向上依次放置于气囊环的顶部；通过反力杆将千斤顶反力板与底板固定连接。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.装置结构简单、价格便宜，拆除方便、能重复使用；
2.装置仿真度高，气囊环测试受力状态与实际受力状态接近；
3.测试方法标准性好，可通过地勘报告直接计算地层水平反力弹簧的劲度系数。
附图说明
图1为本发明的方逃生气囊环承载变形测试装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置，其结构如图1所示，由底板1、侧板2、旋转轴21、地层水平反力弹簧22、加压板3、千斤顶31、千斤顶反力板32和反力杆33组成。
底板1用于放置充气后的塌方逃生气囊环，两个侧板2分别通过旋转轴21连接在底板1的两端，用于夹紧气囊环。1个或多个地层水平反力弹簧22连接在两个侧板2之间。加压板3、千斤顶31和千斤顶反力板32从下向上依次放置于气囊环的顶部。通过反力杆33将千斤顶反力板32与底板1固定连接。
采用上述测试装置进行塌方逃生气囊环承载变形测试的方法，具体包括如下步骤：
(1)根据下式确定塌方逃生气囊环承载变形测试装置中单个地层水平反力弹簧的劲度系数：
kT＝ksDw/n
式中，kT为弹簧劲度系数，单位kN/m；ks为塌方地层水平反力系数，单位kN/m2；Dw为气囊环外径，单位m；n为地层水平反力弹簧数量；
(2)将充气后的塌方逃生气囊环放置于底板1上，旋转侧板2夹紧气囊环，将地层水平反力弹簧22两端连接于侧板2上；
(3)从下向上依次将加压板3、千斤顶31、千斤顶反力板32放置于气囊环的顶部，并用反力杆33固定千斤顶反力板32；
(4)通过千斤顶31依次测量气囊环在不同反力下相对于原始位置的内外竖向和横向变形量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种塌方逃生气囊环承载变形测试装置，其特征在于，所述承载变形测试装置包括底板、侧板、旋转轴、地层水平反力弹簧、加压板、千斤顶、千斤顶反力板和反力杆；其中，底板用于放置充气后的塌方逃生气囊环，两个侧板分别通过旋转轴连接在底板的两端，用于夹紧气囊环；所述地层水平反力弹簧连接在两个侧板之间；加压板、千斤顶和千斤顶反力板从下向上依次放置于气囊环的顶部；通过反力杆将千斤顶反力板与底板固定连接。
2.如权利要求1所述的承载变形测试装置，其特征在于，所述地层水平反力弹簧的数量为1个或多个。
3.一种塌方逃生气囊环承载变形测试方法，其特征在于，所述承载变形测试方法采用权利要求1或2所述的测试装置，包括如下步骤：
(1)根据下式确定塌方逃生气囊环承载变形测试装置中单个地层水平反力弹簧的劲度系数：
kT＝ksDw/n
式中，kT为弹簧劲度系数，单位kN/m；ks为塌方地层水平反力系数，单位kN/m2；Dw为气囊环外径，单位m；n为地层水平反力弹簧数量；
(2)将充气后的塌方逃生气囊环放置于底板上，旋转侧板夹紧气囊环，将地层水平反力弹簧两端连接于侧板上；
(3)从下向上依次将加压板、千斤顶和千斤顶反力板放置于气囊环的顶部，并用反力杆固定千斤顶反力板；
(4)通过千斤顶依次测量气囊环在不同反力下相对于原始位置的内外竖向和横向变形量。
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