[发明专利]一种地下结构拟静力试验装置及方法

权利要求书

1.一种地下结构拟静力试验装置，包括反力装置、模型箱（17）、边界约束装置、作动器和地下结构模型，其特征在于：

所述反力装置包括反力墙（2）和反力钢架（3），反力钢架（3）由钢柱（4）、钢梁（5）和钢板拼装而成，并锚固于地面（1）；

所述模型箱（17）位于反力墙（2）和反力钢架（3）之间，模型箱（17）由左右侧竖向加劲钢板（6）和前后侧竖向加劲钢板（7）以及底部钢板（8）拼接而成；所述模型箱（17）四周的加劲钢板之间间隙采用柔性结构（14）连接，所述模型箱（17）左右侧竖向加劲钢板（6）顶部采用滚轴连接件（9）对拉，所述模型箱（17）左右侧竖向加劲钢板（6）底部采用滚轴（12）与底部钢板（8）铰接，所述模型箱（17）左侧顶部设置作动器（21），底部设置液压稳定器（13），所述模型箱（17）内放置地下结构模型（23），地下结构模型（23）与模型箱（17）之间填充围岩（25），模型箱（17）上方设置配重块（24）；

所述边界约束装置由左右侧橡胶垫层（18）组成，左侧橡胶垫层（18）位于反力墙（2）和模型箱（17）之间，通过钢框架（20）固定于反力墙（2）上，右侧橡胶垫层（18）位于模型箱（17）和反力钢架（3）之间，通过卡槽（19）连接于反力钢架（3）上。

2.根据权利要求1所述的地下结构拟静力试验装置，其特征在于：所述作动器（21）固定于反力墙（2）上，通过水平连接杆（22）与模型箱（17）左侧端部相连，施加位移或力控制的反复荷载作用。

3.根据权利要求1所述的地下结构拟静力试验装置，其特征在于：所述柔性结构（14）由L型橡胶（16）和钢板（15）组成，所述钢板（15）一端嵌入L型橡胶（16）内，另一端紧贴模型箱（17）各侧壁，实现模型箱（17）左右侧竖向加劲钢板（6）可转动。

4.根据权利要求1所述的地下结构拟静力试验装置，其特征在于：所述滚轴连接件（9）由滚轴（10）和连杆（11）组成，所述滚轴（10）焊接于左右侧竖向加劲钢板（6）顶部，连杆（11）端部插入滚轴（10）内，实现模型箱（17）左右侧竖向加劲钢板（6）顶部运动的一致性。

5.根据权利要求1所述的地下结构拟静力试验装置，其特征在于：所述橡胶垫层（18）数目、密度、刚度可根据试验需要进行调节以模拟地下结构模型（23）所处的不同围岩环境。

6.根据权利要求1-5所述的地下结构拟静力试验装置所进行的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

（a）地下结构模型安装：通过调节液压稳定器（13）将模型箱（17）调整至竖直位置并固定，调整柔性结构（14）两端的钢板（15）与左右侧竖向加劲钢板（6）两侧紧贴，然后将围岩（25）填入模型箱（17）至试验设计高度，依据研究的地下结构类型，安装对应的地下结构模型（23）和测试元件，继续填充围岩（25）至所需高度；

（b）静载施加：根据试验方案要求，将特定大小和数量的配重块（24）按照试验要求放置于模型箱（17）的顶部表面，模拟特定的围岩压力和附加荷载；

（c）动载施加：安装作动器（21）于反力墙（2）上，通过水平连接杆（22）将作动器（21）的端头与模型箱（17）左侧端部相连，启动作动器（21）按试验要求对模型箱（17）顶端施加位移或力控制的反复荷载作用；

（d）测试：在地下结构模型（23）典型部位、地下结构模型（23）与围岩（25）接触处布置测试元件，测试地下结构模型（23）的应变、层间位移及裂缝扩展情况，得到地下结构模型（23）的滞回曲线、骨架曲线及抗震性能；每完成一定次数加载后对地下结构模型（23）进行整体描述，观察其裂纹扩展及破坏特征。