CN112922633B - 一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构包括透水弹性基层、胀缩组件和胀缩填充基质，其中透水弹性基层设有固定孔；胀缩组件与透水弹性基层连接、且设置于固定孔内，胀缩组件包括胀缩单元，胀缩单元上设有容纳孔、且包括若干连接板，相邻连接板之间铰接；胀缩填充基质与胀缩单元连接、且设置于容纳孔内，胀缩填充基质控制胀缩单元的变形。本发明提供的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构在围岩遇水膨胀时产生收缩变形，在围岩失水收缩时产生膨胀变形，进而抵消大部分围岩胀缩变形对隧道结构的影响。本发明解决现在技术所存在的胀岩受湿度影响产生胀缩变形对隧道产生不利影响的问题，作用效果显著，适于广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及膨胀岩隧道结构设计技术领域，特别涉及，一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构。
背景技术
膨胀岩是一种特殊地质围岩，属于软岩中的特殊类型，具有似岩非岩、似土非土的特点，而且与水的关系极其密切，亲水性异常强烈。由于其含有大量亲水矿物，湿度变化时有较大体积变化，变形受约束时产生较大内应力。
膨胀岩的特性是遇水软化膨胀，失水收缩。在季节性地下水变化的情况下，这种胀缩会循环发生，从而对隧道结构产生循环形变荷载，对隧道不利。现有技术只能通过防水、排水、增加隧道衬砌支护强度进行预防。目前尚没有解决胀缩变形的结构或材料应用于工程实际。
针对上述问题，设计一种垫层结构来解决现有技术所存在的膨胀岩受湿度影响产生胀缩变形对隧道产生不利影响的问题。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构，以解决现在技术所存在的胀岩受湿度影响产生胀缩变形对隧道产生不利影响的问题。
本发明提供了一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构，包括：
透水弹性基层，设有固定孔；
胀缩组件，与所述透水弹性基层连接、且设置于所述固定孔内，所述胀缩组件包括胀缩单元，所述胀缩单元上设有容纳孔、且包括若干连接板，相邻所述连接板之间铰接；
胀缩填充基质，与所述胀缩单元连接、且设置于所述容纳孔内，所述胀缩填充基质控制所述胀缩单元的变形。
优选地，所述胀缩单元设有若干个，相邻所述胀缩单元之间设有连杆。
优选地，所述胀缩单元为多边形结构，相邻所述连接板之间通过转轴连接。
优选地，所述胀缩单元为菱形结构。
优选地，所述胀缩单元顶部的两个所述连接板之间夹角为锐角。
优选地，所述胀缩组件设有若干个、且并排设置于所述透水弹性基层内。
由上述方案可知，本发明提供的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构主要应用于膨胀岩隧道变形控制，中和抵消隧道围岩的膨胀或收缩变形。其透水弹性基层是整个垫层的骨架，将胀缩组件固定和限定在一定位置，为胀缩单元提供侧向弹性约束力；胀缩单元的形状具有一定可变性；胀缩填充基质随湿度的变化产生胀缩变形，其变形会控制胀缩单元产生相应的形变，该形变力与透水弹性基层为胀缩单元提供的侧向弹性约束力相互牵制，在围岩遇水膨胀时产生收缩变形，在围岩失水收缩时产生膨胀变形，进而抵消大部分围岩胀缩变形对隧道结构的影响。本发明解决现在技术所存在的胀岩受湿度影响产生胀缩变形对隧道产生不利影响的问题，结构简单作用效果显著，适于广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的结构示意图；
图2为图1所示的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的胀缩组件结构示意图；
图3为图1所示的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的胀缩组件排布示意图；
图4为图1所示的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的透水弹性基层结构示意图；
图5为图1所示的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的胀缩填充基质结构示意图；
图6为图2所示的胀缩组件的胀缩单元结构示意图；
图7为图6所示的胀缩单元的主视结构示意图。
图1-7中：
1、透水弹性基层；2、胀缩组件；3、胀缩填充基质；11、固定孔；21、胀缩单元；22、连杆；211、连接板；212、转轴；213、容纳孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请一并参阅图1至图7，现对本发明提供的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的一种具体实施方式进行说明。该种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构包括透水弹性基层1、胀缩组件2和胀缩填充基质3，其中透水弹性基层1设有固定孔11；胀缩组件2与透水弹性基层1连接、且设置于固定孔11内，胀缩组件2包括胀缩单元21，胀缩单元21上设有容纳孔213、且包括若干连接板211，相邻连接板211之间铰接；胀缩填充基质3与胀缩单元21连接、且设置于容纳孔213内，胀缩填充基质3控制胀缩单元21的变形。
与现有技术相比，该种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的透水弹性基层1是整个垫层的骨架，通过设置固定孔11将胀缩组件2固定和限定在一定位置，基于其材质的影响可以为胀缩单元21提供侧向弹性约束力；胀缩单元21为相邻两块连接板211铰接、且首尾相连的结构，通过该结构实现其形状的可变性；胀缩填充基质3随湿度的变化产生胀缩变形，由于其完全填充于容纳孔213内，所以胀缩填充基质3的变形会控制胀缩单元21产生相应的形变，该形变力与透水弹性基层1为胀缩单元21提供的侧向弹性约束力相互牵制，有效解决现在技术所存在的胀岩受湿度影响产生胀缩变形对隧道产生不利影响的问题。
具体的是，当环境含水量升高，胀缩填充基质3遇水膨胀后，会发生体积膨胀，胀缩单元21面积增大，挤压透水弹性基层1，垫层高度降低。当环境含水量降低，胀缩单元21内的胀缩填充基质3失水收缩，在透水弹性基层1的弹性反力作用下，胀缩单元21回复，垫层高度升高。从而实现对膨胀岩隧道的变形控制，起到中和抵消隧道围岩的膨胀或收缩变形的效果。
实施例2
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图7，本实施例提供的一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于胀缩单元21设有若干个，相邻胀缩单元21之间设有连杆22，连杆22使胀缩单元21之间产生相互作用力，变形时连杆22对其起一定支撑作用，对胀缩变形也有一定的抵消作用。胀缩填充基质3为与膨胀岩相同的膨胀材料，如膨胀土等，具有与围岩相同的遇水膨胀，失水收缩特性。在此，只要能够实现上述胀缩填充基质3相关性能作用的均在本申请文件保护的范围之内。
在本实施例中，胀缩单元21为多边形结构，相邻连接板211之间通过转轴212连接。胀缩单元21可以为菱形结构，该结构变形灵活，结构简单。胀缩单元21顶部的两个连接板211之间夹角为锐角。透水弹性基层1是一个整体，胀缩单元21是一个个单元，规则排列。胀缩单元21可以为由四面具有一定强度和刚度的材料首尾铰接组成的菱形结构，菱形顶部和底部为较小的锐角，腰部为较大的钝角，有利于满足胀缩形变过程中的受力需求。
在本实施例中，胀缩组件2设有若干个、且并排设置于透水弹性基层1内，胀缩组件2之间由固定孔11的孔壁阻隔开来，使整个结构在横向有相互抵消的作用力的同时，在纵向的形变量由连接板211的纵向支撑力进行控制，在各个方向上保证结构的稳定性。需要理解的是，术语“横向”、“纵向”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示透水弹性基层1、胀缩组件2和胀缩填充基质3及其组成部分之间必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
该种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构利用膨胀材料遇水膨胀、失水收缩的特性，通过在透水弹性基层1内设置胀缩单元21并填充胀缩填充基质3的设置方式，自行在不同含水量的环境发生与围岩胀缩变形相反的胀缩变形，抵消膨胀岩隧道结构受到的胀缩荷载，提高隧道安全性，减少后期病害。当围岩遇水膨胀时，垫层内的胀缩材料也发生膨胀。由于胀缩单元21为体积可变的菱形结构，变形的结果是侧向挤压透水弹性基层1，竖向高度降低，从而使得垫层高度降低；反之，失水垫层高度升高，从而抵消围岩的遇水膨胀和失水收缩。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种膨胀岩隧道胀缩变形补偿垫层结构，其特征在于，包括：
透水弹性基层（1），设有固定孔（11）；
胀缩组件（2），与所述透水弹性基层（1）连接、且设置于所述固定孔（11）内，所述胀缩组件（2）包括胀缩单元（21），胀缩单元（21）包括连接板（211）；
相邻连接板（211）铰接、且首尾相连形成容纳孔（213）；
通过设置固定孔（11）将胀缩组件（2）固定和限定在一定位置，基于其材质的影响可以为胀缩单元（21）提供侧向弹性约束力；
胀缩填充基质（3），与所述胀缩单元（21）连接、且设置于所述容纳孔（213）内，所述胀缩填充基质（3）控制所述胀缩单元（21）的变形；所述胀缩单元（21）设有若干个，相邻所述胀缩单元（21）之间设有连杆（22）；胀缩填充基质（3）随湿度的变化产生胀缩变形，由于其完全填充于容纳孔（213）内，所以胀缩填充基质（3）的变形会控制胀缩单元（21）产生相应的形变，该形变力与透水弹性基层（1）为胀缩单元（21）提供的侧向弹性约束力相互牵制；
胀缩单元（21）为菱形结构，相邻连接板（211）之间通过转轴（212）连接，胀缩单元（21）顶部的两个连接板（211）之间夹角为锐角，腰部为钝角，透水弹性基层（1）是一个整体，胀缩单元（21）是一个个单元，规则排列；
胀缩组件（2）设有若干个、且并排设置于透水弹性基层（1）内，胀缩组件（2）之间由固定孔（11）的孔壁阻隔开来，使整个结构在横向有相互抵消的作用力的同时，在纵向的形变量由连接板（211）的纵向支撑力进行控制，在各个方向上保证结构的稳定性。
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