[发明专利]测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验方法

说明书

本发明公开了一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验方法，解决了现有测试装置均无法很好地模拟施工现场豆粒石填充材料的真实状态获得填充材料压缩剪切性能参数及孔隙率变化的问题。通过带有下箱体圆柱状内腔的矩形下箱体与带有上筒体圆柱状内腔的矩形上筒体结合，形成能真实模拟隧道衬砌壁后填充材料弹性支撑层的填充材料圆柱体，在填充材料圆柱体的外侧四周，构筑起一个能动态形成对填充材料圆柱体进行剪切的环境，得到真实模拟现场隧道盾构环境下的隧道衬砌壁后填充材料压缩剪切性能的测试模量。特别是通过水泵对圆柱体填充材料注水使其处于饱和状态，再通过测定压缩剪切过程中水量的变化，计算得到填充材料孔隙率的变化情况。

技术领域

本发明涉及一种剪切试验装置，特别涉及一种对隧道衬砌壁后散粒体填充材料的剪切性能和压缩剪切中孔隙率的变化进行测试的装置。

背景技术

盾构法具有施工速度快、安全性高等诸多优势，已成为隧道施工的重要方法。在工程实践中，盾构法适应于不同直径的各种地层条件下的隧道修建，在采用盾构法进行深埋长大隧道掘进过程中，隧道的开挖会引起围岩的变形，使得围岩应力进行重新的分布；盾构机不断地向前推进，并进行管片支护的过程，也是后续开挖的洞室围岩逐渐卸载和支护结构抑制围岩发生变形的过程；在掘进和支护过程中，刀盘、盾壳、管片衬砌和壁后填充层的结构，共同组成了隧道体对围岩的支护体系，管片支护的壁后豆粒石填充层，在此组合支护体系中，起到了柔性支护的作用，使得围岩作用在管片的荷载更均匀；故，准确测试和评价壁后豆粒石填充层（单纯豆粒石或豆粒石加砂浆组合填充材料）的剪切力学性能，对指导现场施工尤为必要与紧迫。

在现有技术中，为了获得土体及岩石的抗剪强度，常通过现场或室内进行试验测定的，主要试验方法有：三轴剪切试验、十字板剪切试验、直接剪切试验和无侧限抗压试验，针对大直径颗粒土体及堆石料，有时还会选择大型直剪试验；在这些试验中，最简单的方法是直接剪切试验方法，其理论基础为库伦定律和抗剪强度理论；但现有的常规的剪切试验装置，均无法很好地模拟施工现场豆粒石等散粒体填充材料的真实状态，另外，隧道衬砌壁后填充材料的孔隙率的控制也直接影响到隧道衬砌壁后柔性填充层的力学性能，如何控制壁后填充材料的孔隙率，特别是填充的砂石被剪切时，它的孔隙率的变化情况如何，这些参数的试验获取，对现场盾构施工有着非常重要的指导意义；因此，如要准确地测定出填充材料的现场剪切强度，以及试验测定填充材料孔隙率的变化，需要开发一个同时能完成测定填充材料的剪切性能和在剪切过程中填充材料的孔隙率的变化，以达到能方便地真实地模拟现场的施工状态，为工程的设计、施工及后期养护服务；要求该测试装置，可模拟壁后豆粒石填充层在不同级配、密实程度、注浆时间、豆粒石层厚的情况下，得到剪切性能的参数和孔隙率的变化，从而获得不同条件下填充材料孔隙结构的变化及颗粒之间的位移的情况。

发明内容

本发明提供了一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置，解决了现有测试装置均无法很好地模拟施工现场豆粒石等散粒体填充材料的真实状态获得填充材料压缩剪切性能参数及孔隙率变化的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：通过带有下箱体圆柱状内腔的矩形下箱体与带有上筒体圆柱状内腔的矩形上筒体的结合，构筑出一个封闭柱状空间，在该封闭柱状空间中填充豆粒石等隧道衬砌壁后填充材料，形成能真实模拟隧道衬砌壁后填充材料弹性支撑层的填充材料圆柱体，通过龙门架、反力架、垂直方向电控液压油缸和水平方向电控液压油缸，在填充材料圆柱体的外侧四周，构筑起一个能动态形成对填充材料圆柱体进行剪切的环境，即通过水平方向电控液压油缸对矩形下箱体的水平推动，形成对填充材料圆柱体，在一定的垂直下压力作用下，剪切破坏，得到真实模拟现场隧道盾构环境下的隧道衬砌壁后填充材料压缩剪切性能的测试模量，特别是通过水泵对圆柱体填充材料的注水使其处于饱和状态，再通过测定压缩剪切过程中水量的变化，计算得到填充材料孔隙率的变化情况，真实再现施工现场的隧道衬砌壁后填充材料的填充过程，使本试验测试参数更接近现场实际情况。