[发明专利]一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：它包括矩形反力框架（1），所述矩形反力框架（1）的内部设置有千斤顶（2），所述千斤顶（2）的底座与矩形反力框架（1）的内侧壁相接触，其活塞杆的顶部通过传力装置（3）与半圆形轮廓模具（10）相接触，所述半圆形轮廓模具（10）共有两个，对称焊接固定在矩形反力框架（1）的内部，所述半圆形轮廓模具（10）的内壁上紧贴设置有胎式衬砌（4）；

所述胎式衬砌（4）的内部均布安装有多个位移计（9），在胎式衬砌（4）上连接有充气管，所述充气管上安装有自动卸压阀（7）和数显气压表（8）；

所述自动卸压阀（7）包括螺母套（15），所述螺母套（15）的一端设置有进气口（17），所述进气口（17）与胎式衬砌（4）的胎体连接，在螺母套（15）的侧壁上加工有出气口（16）；所述螺母套（15）内部靠近进气口（17）的一端设置有止塞球（18），所述止塞球（18）通过限位弹簧（19）封堵进气口（17），所述限位弹簧（19）通过安装在螺母套（15）尾部的螺栓（14）限位固定。

2.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述矩形反力框架（1）采用钢板焊接而成。

3.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述传力装置（3）包括两块滑动钢板（5），在滑动钢板（5）端面上设置有多个凸点（11），所述凸点（11）之间定位安装有多根弹簧（6）。

4.根据权利要求3所述的一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述矩形反力框架（1）沿其两内侧长边设置滑条（12），所述滑条（12）与设置在滑动钢板（5）两侧的滑槽（13）构成滑动配合，并对其限位。

5.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述胎式衬砌（4）内部可填充流体。

6.根据权利要求3所述的一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述弹簧（6）包括多种不同的规格，其位置、数量和长度均可调节。

7.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述位移计（9）的数量为四个，上下左右各一个，并测量试验过程中胎式衬砌（4）的径向变形位移。

8.采用权利要求4所述模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的 装置的试验方法，其特征在于，它包括以下步骤：

Step1：胎式衬砌（4）的制备，胎体制作材料经过多次调整由普通PVC改成硅橡胶制作；

Step 2：将自动卸压阀（7）和数显气压表（8）与胎式衬砌（4）的胎体连接为一个整体，并将密闭胎体内充入气体；

Step 3：制作半圆形轮廓模具（10）作为衬砌拱圈，采用钢板，将其卷两个拱圈；

Step 4：粘贴应变片，将制作好的衬砌拱圈表面打磨并用酒精擦拭干净，粘贴应变片，用锡焊将应变片引线与导线焊接，涂上封闭胶水，并用绝缘胶布包扎后，最后进行应变片电阻测量，以检测应变片的粘贴效果，并与应变采集仪连接读取各监测点应变值；

Step 5：组装传力装置（3），试验前根据试验需要选用合适的弹簧规格及数量，利用钢板处的凸点（11）将两块滑动钢板（5）进行连接组装；

Step 6：安装整体试验装置，按照千斤顶（2）、传力装置（3）、胎式衬砌（4）的顺序进行安装，调试好其相对位置，保证滑动钢板（5）能够在滑槽（13）中自由滑动；

Step 7：安装位移计（9），将四个位移计（9）分别安装在胎式衬砌（4）内侧上下左右位置，位移计（9）的探头应与胎式衬砌（4）支护结构相接触，准确测量读数；

Step 8：设定自动卸压阀（7）的卸压阈值P，根据实际工程情况通过拧动螺栓（14）改变限位弹簧（19）伸长长度，来改变止塞球（18）所能承受压强值来设定卸压阈值P；

Step 9：进行试验，利用千斤顶（2）施加不同等级荷载模拟围岩蠕变变形作用在胎式衬砌（4）支护结构上，进行加载、卸压试验，通过数显气压表（8）监测胎体内气压，当胎式衬砌（4）胎体内压强达到设计自动卸压阀（7）的卸压阈值时，利用自动卸压阀（7）对整体支护结构进行卸压，同时读取记录荷载值、应变值、位移值；

Step 10：计算，通过记录的荷载值、应变值、位移值计算弯矩、应变、挠度和剪力值，从而利用该装置定量研究实际工程中胎式衬砌支护结构整体支护效果和变形规律，为隧洞支护技术提供理论支撑。