CN116872349A - 一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，包括左底座、右底座、浇筑内壁、浇筑外壁和稳定框架；浇筑内壁由四个部件组成，使用橡胶支撑棒固定；浇筑外壁由五个部件组成，使用外壁环箍固定；浇筑内壁与浇筑外壁之间形成浇筑空间，且在浇筑内壁上套设有柔性材料条，隧道模型的形态由柔性材料条的厚度决定，当柔性材料条的厚度小于浇筑空间厚度，隧道模型为内壁上通过浅槽嵌设有距离相等或不等柔性材料条的圆筒体；当柔性材料条的厚度等于浇筑空间厚度，隧道模型为浇筑材料与柔性材料条交替拼接而成的圆筒体。本发明可用于制作不同节段长度、不同柔性接头厚度与宽度的隧道模型，具有操作简单，浇筑一次成型，拆模方便等特点。

Description

一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具

技术领域

本发明涉及隧道模型技术领域，尤其是一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具。

背景技术

我国的西部和南部地区多为断裂带聚集以及地震频发的区域，隧道工程建设将不可避免的穿越这些具有挑战性的断裂带与地震活动区域，从而需要对工程的可靠性和安全性提出更高的要求。断层的活动性以及地震引起的地质变形和应力释放可能对隧道结构产生不可忽视的影响，因此需要深入研究这些问题以提升工程的可靠性和安全性。在这样的背景下，研究穿越破碎带的隧道所受断层作用影响的问题已经成为极其重要的研究领域。

在隧道抗震的探索过程中，人们创造了许多应对方法，其中之一就是柔性接头。柔性接头是一种用于连接隧道结构的特殊设计，其主要功能是在隧道工程中缓解地震、断层活动或地质变形所引起的应力集中和位移累积。柔性接头通常采用弹性材料或特殊构造设计，具有一定的可变形性能。在隧道工程中，柔性接头被安装在隧道的连接部位或关键结构部位，如隧道管片之间、隧道衬砌与地基之间等。当隧道受到地震或地质变形的影响时，柔性接头能够承担部分变形和位移，通过其弹性特性在一定程度上吸收和分散隧道结构的变形能量，减轻结构的应力集中，从而提高隧道的抗震性能和整体稳定性，减少地震作用对隧道结构的影响。

然而，由于隧道工程的原型试验面临着诸多干扰，实施起来难度太高，给研究工作带来了巨大的困难，因此需要寻找替代的研究方法来克服这些问题。近年来，随着技术的不断进步，人们通过数值模拟和缩尺模型试验等手段，致力于深入探究隧道穿越破碎带所受断层作用的影响机理。其中，缩尺模型实验是一种有效的工具，能够在较小的规模、较低的成本下模拟真实隧道工程的各种受力情况和变形情况。缩尺模型试验是通过研究原型的各向物理量与模型的各向物理量之间的相似关系，从而计算出各物理量之间的相似常数，再按照相似常数比例缩小真实的隧道制作而成的模型。虽然尺寸较小，但它仍能在一定程度上模拟隧道在地震作用下的力学行为。人们借助这种缩尺实验模型，能够更加经济高效地开展实验研究，同时有效地规避原型试验中的各种干扰因素。

专利CN114012888B中提到了一种制作具有柔性接头的隧道模型的模具，其只能制作隧道衬砌部分断开并用柔性材料连接的模型，无法满足制作一次浇筑成型的隧道衬砌完全断开并用柔性材料连接的模型。

发明内容

本申请的目的在于提供一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其主要目的是通过在相邻两个隧道节段之间设置柔性接头，以研究不同节段长度、不同柔性接头材料、不同柔性接头厚度和宽度对隧道工程中可能出现的地震作用的影响。

为了更好地在缩尺模型试验中模拟真实工程情况，本发明所述了一种具有全截断柔性接头的隧道模型的模具。这种模具的设计和制作使得缩尺模型试验可以更加准确地模拟隧道的力学行为，并深入探究柔性接头在承受地震作用时的响应和影响。通过详细的试验和系统的数据分析，学者们能够更好地理解隧道在断裂带和地震活动区域中所面临的力学挑战，并为工程设计和施工策略提供科学依据。本发明所述的模具具有巨大的应用潜力和重要的实际意义，可广泛用于任何关于具有柔性接头的缩尺模型试验。本发明不仅为学者们提供了研究工具，还有望在我国地下工程建设中发挥重要作用。它为隧道工程的规划、设计和施工提供了创新的思路和方法，能够有效应对复杂地质环境下的挑战，推动地下工程的可持续发展。

本申请提供了一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，包括：

浇筑内芯，浇筑内芯呈圆筒形，浇筑内芯包括多个弧形内壁，相邻两个弧形内壁之间通过内壁楔子连接，内壁楔子的左端面设置有呈圆锥形凸起的内定位凸点；

柔性材料条，多个柔性材料条等间距或不等间距的环绕粘贴在浇筑内芯外表面上，相邻两个柔性材料条之间固定有铁丝网，铁丝网与浇筑内芯之间具有间隔；

浇筑外芯，浇筑外芯呈圆筒形，浇筑外芯通过左底座安装于浇筑内芯的外侧，并与浇筑内芯之间形成浇筑空间，浇筑外芯上开设有长条形的浇筑口，浇筑口的长度大于多个柔性材料条在浇筑内芯上横跨的长度；浇筑外芯的左端面设置有呈圆锥形凸起的外定位凸点；

左底座与右底座，左底座与右底座结构相同，均呈截面为凸字型的回转体；左/右底座内侧设置有内芯放置面，内芯放置面上设置有内定位凹槽，所述浇筑内芯对应放置在内芯放置面上，内定位凸点对应放置在内定位凹槽中；左/右底座的外侧设置有外芯放置面；外芯放置面上设置有外定位凹槽；所述浇筑外芯对应放置在外芯放置面上，外定位凸点对应放置在外定位凹槽中；

橡胶支撑棒，位于浇筑内芯中，橡胶支撑棒包括多个支撑脚，多个支撑脚一一对应顶在内芯楔子上。

进一步地，弧形内壁以及内壁楔子均为四个，四个弧形内壁与四个内壁楔子合拢拼接成圆筒状的浇筑内芯；所述浇筑外芯包括两个完整外壁以及两个带槽外壁，两个完整外壁以及两个带槽外壁的左端均设置有外定位凸点，两个带槽外壁的长条形槽组合成浇筑口。

进一步地，浇筑口处安装有浇筑盖，浇筑盖上安装有盖把手。

进一步地，浇筑外芯的外侧套接有环箍，环箍避开浇筑口安装。

进一步地，浇筑外芯、浇筑内芯、左/右底座、柔性材料条、橡胶支撑棒以及箍环组装在一起形成浇筑模具主体。

进一步地，浇筑模具主体的外部安装有截面呈方形的稳定框架，浇筑模具主体横向卧式放置在稳定框架中，且浇筑口朝上，稳定框架的边长与浇筑外芯的直径相配合，稳定框架的右端活动连接有框架门，框架门通过门栓与螺栓实现闭合。

进一步地，柔性材料条的厚度为浇筑空间厚度的0.4-1.0倍。

进一步地，浇筑模具主体形成的隧道模型形态根据柔性材料条厚度来决定，当柔性材料条厚度小于浇筑空间厚度，隧道模型为其内壁上有距离相等或不等的环形凹槽的圆筒体，每个环形凹槽上设有柔性材料条；当柔性材料条的厚度等于浇筑空间厚度，隧道模型为浇筑材料与柔性材料条交替拼接而成的圆筒体。

本发明的有益效果是：

1、为了有效保护隧道衬砌免受损坏，本发明引入了柔性接头作为一种替代减震缝的保护措施。通过在相邻隧道节段之间采用柔性接头连接，这种接头能够通过相互作用来转移或吸收隧道发生的形变，以承受可能发生的剪切和弯曲。这样，隧道内部的应力变形将得到缓解，有效地保护了隧道衬砌的完整性。

2、通过增加或减少柔性材料之间的间距，改变隧道节段的长度，可用以研究不同节段长度的隧道的减震效果。

3、通过调整柔性材料厚度，可制作出半截断隧道模型和全截断隧道模型，能够用以研究不同截断方式的隧道的减震效果。

4、模具制作简单，重复利用率高；模型一次浇筑成型，拆模方便快捷，制作效率高。利用该套模具可以使多工况下的模型批量生产，在隧道模型试验领域内具有广泛的使用及实用性。

附图说明

图1为本发明浇筑内芯的结构示意图。

图2为本发明左底座的结构示意图。

图3为本发明柔性材料条及浇筑内芯安装在左底座上的结构示意图。

图4为本发明浇筑外芯的结构示意图。

图5为本发明浇筑外芯安装在左底座上的结构示意图。

图6为本发明右底座安装后的结构示意图。

图7为本发明环箍和橡胶支撑棒安装完成后的结构示意图。

图8为本发明浇筑模具主体安装进稳定框架的结构示意图。

图9为本发明浇筑完成后的隧道模型的结构示意图。

图中：

10、左底座；101、内芯放置面；102、外芯放置面；103、内定位凹槽；104、外定位凹槽；

20、右底座；201、底座把手；

30、浇筑内芯；301、弧形内壁；302、内壁楔子；303、内定位凸点；

40、浇筑外芯；401、完整外壁；402、带槽外壁；403、外定位凸点；404、浇筑口；405、浇筑盖；406、盖把手；

50、柔性材料条；60、铁丝网；70、浇筑空间；80、橡胶支撑棒；90、环箍；

100、稳定框架；1001、框架门；1002、门栓；1003、螺栓；

110、隧道模型。

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。

一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其使用方法为：

如图1所示，四个弧形内壁301与四个内壁楔子302合拢成一个圆筒状的浇筑内芯30，同时四个内壁楔子302底部各有一个圆锥形的内定位凸点303。

如图2所示，左底座10呈截面为凸字型的回转体，左底座10上设置有圆环形的内芯放置面101和外芯放置面102，同时内芯放置面101上有四个内定位凹槽103，外芯放置面102上有四个外定位凹槽104。

如图3所示，将上述圆筒状的浇筑内芯30放置在左底座10上，并使浇筑内芯30底部与左底座10的内芯放置面101吻合。同时保证浇筑内芯30底部的四个内定位凸点303相对应的插入内芯放置面101上的四个内定位凹槽103中。将柔性材料条50等间距或不等间距的环绕粘贴在浇筑内芯30外表面上，形成圆环形。将铁丝网60固定在柔性材料之间，并不与浇筑内芯30外表面相接触。

如图4所示，将两个完整外壁401和两个带槽外壁402合拢形成圆筒状的浇筑外芯40。该浇筑外芯40底部对应两个完整外壁401和两个带槽外壁402设置有圆锥形凸起的外定位凸点403。两个带槽外壁402的长条形槽组合成浇筑口404，同时也是放置浇筑盖405的地方，此时先不安装，等浇筑后再安装。

如图5所示，将浇筑外芯40放置在左底座10上，并使浇筑外芯40底部与左底座10的外芯放置面102吻合。同时保证两个完整外壁401的外定位凸点403和两个带槽外壁402的外定位凸点403，相对应的插入外芯放置面102上的四个外定位凹槽104中。此时浇筑内芯30与浇筑外芯40之间的空间形成浇筑空间70。

如图6所示，将右底座20放置在浇筑空间70上，并使右底座20的内芯放置面101与浇筑内芯30顶面相吻合，右底座20的外芯放置面102与浇筑外芯40的顶面相吻合。右底座20上固定有底座把手201，用于拿持右底座20。

如图7所示，将十字形的橡胶支撑棒80从右底座20的方向插入浇筑内芯30内部，并让橡胶支撑棒80的四个支撑点一一对应顶住内壁楔子302，以达到支撑作用。将两个外壁环箍90分别从两端套在浇筑外芯40表面上，且不能遮挡住放置浇筑盖405的浇筑口404，以达到紧固作用。至此，浇筑模具主体组装完成。

如图8所示，将浇筑模具主体旋转90度横放入稳定框架100中，并保证浇筑口404朝上。将稳定框架100的框架门1001闭合，使用门栓1002插入螺栓1003，保证框架门1001的稳定，以此来协助浇筑模具主体的稳固。浇筑完成后在浇筑口404处盖上浇筑盖405。

柔性材料条50应根据试验方案选取厚度、宽度和间隔，其中厚度可设置范围为浇筑空间70厚度的0.4-1.0倍。铁丝网60应根据试验方案选取直径和数量，并保证安装后不与浇筑内芯30外表面和浇筑外芯40内表面相接触。

浇筑模具主体形成的隧道模型110形态根据柔性材料条50的厚度来决定，当柔性材料条50的厚度小于浇筑空间70厚度，隧道模型110为其内壁上有距离相等或不等的环形凹槽的圆筒体，每个环形凹槽上设有柔性材料条50。如图9，若柔性材料条50的厚度设置为浇筑空间70厚度的1.0倍，则浇筑完成后隧道模型110与柔性材料条50交替拼接而成。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，包括：

浇筑内芯，浇筑内芯呈圆筒形，浇筑内芯包括多个弧形内壁，相邻两个弧形内壁之间通过内壁楔子连接，内壁楔子的左端面设置有呈圆锥形凸起的内定位凸点；

柔性材料条，多个柔性材料条等间距或不等间距的环绕粘贴在浇筑内芯外表面上，相邻两个柔性材料条之间固定有铁丝网，铁丝网与浇筑内芯之间具有间隔；

浇筑外芯，浇筑外芯呈圆筒形，浇筑外芯通过左底座安装于浇筑内芯的外侧，并与浇筑内芯之间形成浇筑空间，浇筑外芯上开设有长条形的浇筑口，浇筑口的长度大于多个柔性材料条在浇筑内芯上横跨的长度；浇筑外芯的左端面设置有呈圆锥形凸起的外定位凸点；

左底座与右底座，左底座与右底座结构相同，均呈截面为凸字型的回转体；左/右底座内侧设置有内芯放置面，内芯放置面上设置有内定位凹槽，所述浇筑内芯对应放置在内芯放置面上，内定位凸点对应放置在内定位凹槽中；左/右底座的外侧设置有外芯放置面；外芯放置面上设置有外定位凹槽；所述浇筑外芯对应放置在外芯放置面上，外定位凸点对应放置在外定位凹槽中；

橡胶支撑棒，位于浇筑内芯中，橡胶支撑棒包括多个支撑脚，多个支撑脚一一对应顶在内芯楔子上。

2.根据权利要求1所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，所述弧形内壁以及内壁楔子均为四个，四个弧形内壁与四个内壁楔子合拢拼接成圆筒状的浇筑内芯；所述浇筑外芯包括两个完整外壁以及两个带槽外壁，两个完整外壁以及两个带槽外壁的左端均设置有外定位凸点，两个带槽外壁的长条形槽组合成浇筑口。

3.根据权利要求2所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，所述浇筑口处安装有浇筑盖，浇筑盖上安装有盖把手。

4.根据权利要求3所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，所述浇筑外芯的外侧套接有环箍，环箍避开浇筑口安装。

5.根据权利要求4所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，所述浇筑外芯、浇筑内芯、左/右底座、柔性材料条、橡胶支撑棒以及箍环组装在一起形成浇筑模具主体。

6.根据权利要求5所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，所述浇筑模具主体的外部安装有截面呈方形的稳定框架，浇筑模具主体横向卧式放置在稳定框架中，且浇筑口朝上，稳定框架的边长与浇筑外芯的直径相配合，稳定框架的右端活动连接有框架门，框架门通过门栓与螺栓实现闭合。

7.根据权利要求6所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，所述柔性材料条的厚度为浇筑空间厚度的0.4-1.0倍。

8.根据权利要求7所述的一种具有全截断柔性接头隧道模型的模具，其特征在于，浇筑模具主体形成的隧道模型形态根据柔性材料条的厚度来决定，当柔性材料条的厚度小于浇筑空间厚度，隧道模型为其内壁上有距离相等或不等的环形凹槽的圆筒体，每个环形凹槽上设有柔性材料条；当柔性材料条的厚度等于浇筑空间厚度，隧道模型为浇筑材料与柔性材料条交替拼接而成的圆筒体。