[发明专利]一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置

权利要求书

1.一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：包括模型箱与地层系统、变形测量系统、土压力监测系统和气囊加载系统；

变形测量系统包括非接触式应变位移测量分析系统及隧道结构应变测量系统；非接触式应变位移测量分析系统包括高分辨数字工业摄像机、图像采集卡和计算机，高分辨数字工业摄像机通过图像采集卡与计算机连接；高分辨数字工业摄像机通过亚像素技术拍摄变形模型箱与地层系统的前后模型观测面散斑特征，然后进行运算得到变形信息；隧道结构应变测量系统通过在隧道结构表面布置应变片实现测量；将竖向加载气囊放置在模型箱与地层系统的顶部，并在中间位置预留竖向通气管道口，模型箱与地层系统的模型箱侧向则放置侧向加载气囊，每个侧向加载气囊之间用焊接固定的钢板隔断隔开；每个侧向加载气囊靠近外部的中间位置都预留一个侧向通气管道口，之后将模型材料分层填入模型箱与地层系统的模型箱中并夯实，将土压力监测系统在每层试验设计位置处植入；在变形测量系统就位运行后启动气囊加载系统，加载过程中利用非接触式应变位移测量分析系统及其隧道结构应变测量系统全程记录模型观测面内整个模型隧道范围内以及隧道结构表面的地层变形信息，并利用土压力监测系统获得气囊与土体之间的压力数据，以监测气囊压力的实际运行情况。

2.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：土压力监测系统包括应变轴式土压力传感器、应变梁式土压力传感器、无线传输系统、实时监测系统；土压力传感器按试验设计位置分别监测岩土体内部土压力、岩土体与隧道结构接触面和气囊与岩土体接触面压力。

3.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：模型箱与地层系统的模型箱框架两侧均采用三角形刚性支撑和槽钢和角钢进行加固，经过支撑加固后模型箱框架在最大设计竖向荷载0.2MPa下的侧向变形通过百分表量测不超过0.02mm，完全满足实验要求的平面应变条件。

4.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：变形测量系统采用非接触式应变位移测量分析系统及隧道结构应变测量系统，实现对加载过程中模型隧道围岩变形及隧道结构表面的全程实时量测，得到应变位移信息。

5.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：模型箱与地层系统中，模型箱框架与模型箱盖板及模型箱侧面挡板通过螺栓连接形成试验模型箱，模型材料分层填入模型箱夯实，每层模型材料表面平铺一层白色石灰作为标志层，模型箱框架两侧均采用三角形刚性支撑和槽钢和角钢进行加固，经过支撑加固后模型箱框架在最大设计竖向荷载0.2MPa下的侧向变形通过百分表量测不超过0.02mm。

6.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：模型材料分层填入模型箱并夯实，夯实时通过每层土体的质量以及体积来控制夯实的密度，保证每层土体的密度符合试验要求。

7.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：变形测量系统，采用非接触式应变位移测量分析系统及隧道结构应变测量系统，能够实时全程记录隧道模型范围内任意点的位移及隧道结构表面的任意点位移。

8.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：土压力监测系统，包括应变轴式土压力传感器、应变梁式土压力传感器、无线传输系统、实时检测系统；土压力传感器按试验设计位置分别监测岩土体内部土压力、岩土体与隧道结构接触面和气囊与岩土体接触面压力。

9.根据权利要求1所述的一种隧道地下结构振动台地质力学模型试验的边界加载装置，其特征在于：气囊加载系统提供竖向地应力模拟荷载和侧向地应力模拟荷载，能够实现不同埋深条件下水平及竖向地应力的加载大小。