[发明专利]一种用于隧道结构试验的模拟水压加载装置及其加载方法

权利要求书

1.一种用于隧道结构试验的模拟水压加载装置，其特征在于：

整体结构呈T型布置，上部为左、中、右三个框体，下部为下框体；左、右框体的空间内布置力传感器(9)，力传感器(9)上方设置微调螺杆；中框体的翼板的一侧开有翼板凹槽(10)；

左、右框体的翼板上布置定位孔(7)，左、右框体的翼板上的定位孔(7)下方对应前后布置成对的悬臂立柱(8)，左、右框体下方的各对悬臂立柱(8)在左右的横向上呈“八”字阶梯状；每对悬臂立柱(8)之间设有横轴(4)，横轴(4)上套有导向滑轮(5)，环箍钢绞线(12)经导向滑轮(5)、左/右框体的翼板的定位孔(7)与力传感器(9)连结；

下框体的底板开有底板凹槽(11)，下框体内品字形的布置加载中轴(1)、向上导向侧轴(2)和向下导向侧轴(3)，向上导向侧轴(2)和向下导向侧轴(3)分别由向上导向侧轴孔(14)、向下导向侧轴孔(15)固定，加载中轴(1)的两端分别插入翼板凹槽(10)和底板凹槽(11)上的滑动槽(13A、13B)中；各轴上均设有定位导向滑轮(6)；下框体的两侧板上设有侧定位孔(7A、7B)。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道结构试验的模拟水压加载装置，其特征在于：左、右框体的翼板下方开有悬臂立柱孔(16)，通过螺纹连结悬臂立柱(8)。

3.一种使用权利要求1所述的模拟水压加载装置，在隧道结构试验时进行模拟水压加载的方法，其特征在于：

A、试验准备：隧道结构模型(17)按照几何相似比1∶10-50的比例尺制作，模型材料按照容重相似比1∶1配制，隧道结构模型(17)的纵向深度须超过或等于模拟水压加载装置的高度，在隧道结构模型(17)的内、外表面上对称布设环向分布的测试元件(18)，在隧道结构模型外侧环箍钢绞线(12)的位置粘贴减阻贴片，并涂抹润滑油；

B、安装模拟水压加载装置：将模拟水压加载装置设置于隧道结构模型(17)墙角两侧，水压加载装置的翼板凹槽(10)和底板凹槽(11)抵住隧道结构模型(17)，隧道结构模型(17)上部环向布置环箍钢绞线(12)，其位置由向下导向侧轴(3)上的定位导向滑轮(6)确定，环箍钢绞线(12)绕过加载中轴(1)，并被加载中轴(1)抵住贴紧隧道结构模型(17)，两端头绕过向下导向侧轴(3)从侧板上的侧定位孔(7A)穿出，然后绕过横轴(4)上的导向滑轮(5)从翼板的定位孔(7)穿过，锚固于上框体上的力传感器(9)上；环向布置模型结构下部也布置环箍钢绞线(12)，其位置由向上导向侧轴(2)上的定位导向滑轮(6)确定，环箍钢绞线绕过加载中轴(1)，与上部的环箍钢绞线错开，并被加载中轴(1)抵住贴紧隧道结构模型(17)，两端头绕过向上导向侧轴(2)从下框体侧板上的侧定位孔(7B)穿出，然后绕过横轴(4)上的导向滑轮(5)从翼板的定位孔(7)穿过，锚固于上框体上的力传感器(9)上；

C、测试仪器的布置：将模拟水压加载装置和隧道结构模型(17)的组合体固定住，在隧道结构模型(17)内部布置其他测试元件，将力传感器(9)、测试元件(18)以及其他测试元件与计算机相连；

D、测试：使用力传感器微调螺杆精确调节环箍力的大小，将环箍钢绞线(12)拉紧，对隧道结构模型(17)施以径向压力，同时利用测试元件(18)对加载的载荷量引起隧道结构的力学响应进行测试，并将测试结果输入计算机进行分析。

4.根据权利要求3所述的一种用于隧道结构试验的模拟水压加载方法，其特征在于：加载中轴(1)的位置可以通过加载中轴(1)的滑动槽(13A、13B)前后调节，适用于不同的结构模型试验，通过合理调节加载中轴(1)的位置，使环箍钢绞线(12)能够紧密的贴近隧道结构模型(17)，确保隧道结构模型(17)全周都能受到准确可控的径向压力；向上导向侧轴(2)、向下导向侧轴(3)和横轴(4)将环箍钢绞线(12)引到模拟水压加载装置的上方，与力传感器(9)相连接，便于力的施加与控制。

5.根据权利要求3所述的一种用于隧道结构试验的模拟水压加载方法，其特征在于：上部圆弧环箍钢绞线(12)根数与下部圆弧环箍钢绞线(12)根数不同，通过匹配与之数目相同的定位导向滑轮(6)和侧定位孔(7A、7B)，合理分配顶部小底部大的水压力，且使环箍钢绞线(12)布置的时候相互错开，避免相交产生的误差。