[发明专利]层状围岩隧道锚模型试验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了层状围岩隧道锚模型试验装置包括可倾斜竖向角度的试验台，试验台内装有隧道锚碇模型和填充在隧道锚碇模型周围现浇模拟围岩层，隧道锚碇模型顶端由牵引机构牵引，试验台内还装有用于监控隧道锚碇模型状态的监控系统。通过可倾斜竖向角度的试验台模拟现浇模拟围岩层在实际现场的岩层倾角，并通过牵引机构测出隧道锚碇模型最大承受拉力，即可计算得出实际锚碇的最大承拉能力。该层状围岩隧道锚模型试验装置不仅简单准确的模拟了实际施工现场的围岩状况，还可模拟测量锚碇的最大承拉能力，既保证了施工安全，又将施工耗损降至最低。本发明的层状围岩隧道锚模型试验装置的使用方法由于使用了该试验装置，因此也具有该试验装置的优点。

技术领域

本发明涉及隧道锚试验装置技术领域，具体涉及层状围岩隧道锚模型试验装置及其使用方法。

背景技术

随着国家经济的发展，悬索桥在我国尤其是中、西部地区交通建设领域的应用越来越多。悬索桥的主缆锚固方式分为重力锚和隧道锚两种。重力锚因其力学原理简单，相关设计理论和方法较为成熟。据统计截止目前，国内外悬索桥隧道锚的设计与应用案例仍然较少，有关工程设计规范及理论严重滞后，究其原因是工程界尚未完全明确隧道锚承载机理，因此极大地阻碍了隧道锚的工程推广与应用。隧道锚作为悬索桥的关键受力部件，其承载性能关系到桥梁结构整体的安全性与可靠性，而且相比重力锚，隧道锚具有经济环保的显著优势。为进一步探究隧道锚承载机理，采用室内模型试验方法研究隧道锚承载后的受力变形特点，揭示影响隧道锚承载性能的内在机制。

但是，目前大多数模型试验都采用均质的岩土体进行试验，无法考虑软弱夹层对隧道锚破坏的影响，而且大多数无法模拟不同的岩层和隧道锚的布置方式，不同的岩层倾向和隧道锚碇布置方向对试验会产生极大的影响，亟需设计相关试验装置开展相关研究，以理清层状围岩的受力破坏机理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种测量准确，安全方便的层状围岩隧道锚模型试验装置及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

层状围岩隧道锚模型试验装置，包括可倾斜竖向角度的试验台，所述试验台内装有隧道锚碇模型和填充在隧道锚碇模型周围现浇模拟围岩层，所述隧道锚碇模型顶端由牵引机构牵引，所述试验台内还装有用于监控隧道锚碇模型状态的监控系统。

上述的层状围岩隧道锚模型试验装置，优选的，所述试验台为多块可拆卸钢板拼接成的试验箱，所述试验箱的底部钢板一端通过铰链固定于地面并可绕铰链自由旋转，所述试验箱顶部相邻的两块钢板互相铰接连接。

上述的层状围岩隧道锚模型试验装置，优选的，所述试验台底部一端连接有千斤顶。

上述的层状围岩隧道锚模型试验装置，优选的，所述试验台一侧装有提供模拟围岩层所需围岩的围岩搅拌机构，所述围岩搅拌机构包括储有原浆液的液浆池，所述液浆池内装有注浆泵，所述注浆泵出料端连接有注浆管，所述注浆管将原浆液汇往混合池，所述混合池内装有搅拌器，所述混合池内还装有将混合浆液泵入试验台的注浆泵。

上述的层状围岩隧道锚模型试验装置，优选的，所述牵引机构包括定滑轮和钢丝绳，所述定滑轮固定连接于可调整高度的三脚架上，所述三脚架固装于地面上，钢丝绳一端连接隧道锚碇模型，另一端连接于地面的千斤顶上。

上述的层状围岩隧道锚模型试验装置，优选的，所述隧道锚碇模型上还装有调整隧道锚碇模型角度和高度的夹持支架。

上述的层状围岩隧道锚模型试验装置，优选的，所述监控系统包括预埋在模拟围岩层中的内部监测系统和监测施加拉拔荷载的大小以及围岩和隧道锚整体位移的外部监测系统。

一种基于上述层状围岩隧道锚模型试验装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：制作隧道锚碇模型，确定隧道锚碇模型的夹持方向和高度，调整隧道锚试验台高度，确定现浇模拟围岩层的倾角，并在隧道锚碇模型上安装外部监测系统；