[发明专利]一种盾构隧道结构力学性能模型试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种盾构隧道结构力学性能模型试验系统及方法，其技术方案为：包括衬砌围岩模型、压实装置、模型转向装置、反力加载装置，衬砌围岩模型用于盛装围岩材料；压实装置用于将衬砌围岩模型内部的围岩材料压实；模型转向装置连接于衬砌围岩模型侧面，用于改变衬砌围岩模型的状态；其包括升降机构和转动机构，所述升降机构通过转动机构与衬砌围岩模型相连；反力加载装置在衬砌围岩模型竖直设置时反力加载装置用于提供竖向支撑，衬砌围岩模型水平时反力加载装置用于提供反力加载。本发明能够研究衬砌管片脱盾前后应力状态、衬砌与浆层的结构关系及荷载作用机制及结构失效机制。

技术领域

本发明涉及模型试验技术领域，尤其涉及一种盾构隧道结构力学性能模型试验系统及方法。

背景技术

深层地下空间利用，深山、海底隧道的建设都亟需开展深隧的结构安全研究。深地地质条件良好，已形成持力拱，相比水压一般可以忽略；但地下水的静水压力随深度增加而变大，对结构安全起着关键作用。此外，盾构隧道一般采用混凝土管片，通过螺栓连接形成拼装式衬砌，施工过程注浆及长期服役期间地下变化对结构影响需要研究。

目前针对大埋深下对盾构隧道管片的影响的室内相似模型试验不能很好地研究衬砌管片脱盾前后应力状态、衬砌与浆层的结构关系，并且由于盾构隧道在建设与运营过程中衬砌结构承受的水土压力很高，传统的衬砌结构不能满足其复杂的结构形式。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种盾构隧道结构力学性能模型试验系统及方法，能够研究衬砌管片脱盾前后应力状态、衬砌与浆层的结构关系及荷载作用机制及结构失效机制。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种盾构隧道结构力学性能模型试验系统，包括：

衬砌围岩模型，用于盛装围岩材料；

压实装置，用于将衬砌围岩模型内部的围岩材料压实；

模型转向装置，连接于衬砌围岩模型侧面，用于改变衬砌围岩模型的状态；其包括升降机构和转动机构，所述升降机构通过转动机构与衬砌围岩模型相连；

反力加载装置，衬砌围岩模型竖直设置时反力加载装置用于提供竖向支撑，衬砌围岩模型水平时反力加载装置用于提供反力加载。

作为进一步的实现方式，还包括设置于衬砌围岩模型侧面的高水压加载装置、注浆装置和监测装置。

作为进一步的实现方式，所述衬砌围岩模型一侧安装模型支座。

作为进一步的实现方式，所述衬砌围岩模型包括套设在一起且同心设置的第一压力管、第二压力管，且第一压力管的直径大于第二压力管的直径。

作为进一步的实现方式，所述第一压力管表面设置若干排气孔、高压注水孔，第一压力管环向布置若干注浆孔；第二压力管端部连接橡胶垫层。

作为进一步的实现方式，所述压实装置包括横梁、液压千斤顶、环形压实板，横梁通过若干液压千斤顶与环形压实板相连。

作为进一步的实现方式，所述反力加载装置包括加载组件和反力墙，在衬砌围岩模型水平放置时，加载组件与反力墙相连。

作为进一步的实现方式，所述加载组件包括圆板、千斤顶、垫片，千斤顶设置多个，并连接于圆板一侧；所述千斤顶设置内、外两侧，其中，外层千斤顶端部连接垫片。

作为进一步的实现方式，所述升降机构关于衬砌围岩模型两侧对称安装，升降机构包括液压千斤顶、连接于液压千斤顶底部的支撑板；转动机构包括电机，所述电机与衬砌围岩模型侧壁相连。

第二方面，本发明实施例还提供了一种盾构隧道结构力学性能模型试验方法，采用所述的模型试验系统，包括：