[发明专利]模拟极端环境下隧道衬砌变形破坏的试验装置及方法

说明书

一种模拟极端环境下隧道衬砌变形破坏的试验装置,由封闭底板、封闭侧板、封闭顶板相互垂直组成长方体封闭空间，在封闭底板上堆砌长方体围岩，围岩内部长度方向上贯穿设置有隧道模型，围岩长度方向底部间隔设置有若干组围岩压力盒、顶部设置有围岩顶板，封闭顶板底部设置有渗流总管，渗流总管与围岩顶板之间设置有渗流支管，隧道模型进出口端均设置有湿度调节器和百叶扇，封闭空间内设置有上控温流体输出管、下控温流体输出管、控温流体分流管，上控温流体输出管和加热装置相连通，下控温流体输出管通过控温流体回流管与加热装置相连通，本发明对于处治湿度和极端温度场共同作用产生的隧道病害措施具有一定的指导意义，适应性及可操作性强。

技术领域

本发明属于隧道工程病害处治技术领域，具体涉及到一种关于模拟极端环境下病害产生机理及处治效果的试验装置与试验方法。

背景技术

近年来，我国隧道建设发展迅速，但施工运营中仍存在诸多问题，尤其在水和极端温度场共同作用下，隧道衬砌病害发育严重，运营隧道大都处于亚健康状态，防治面临一定困难。

在我国内蒙、新疆、东北等高纬度寒冷地区，隧道施工中由于混凝土的早期抗拉强度很低，且较大温差导致了混凝土的收缩裂缝，伴随混凝土温度的下降，裂缝进一步发展。后续由于气温变化导致反复冻融，在春融期出现涌漏，渗漏水又在冬季引发各种冻害，如洞顶吊冰棱、边墙挂冰溜、道床结冰等。渗漏水与冰冻相互影响，互为因果，严重影响混凝土结构的使用寿命及行车安全。

丁红林以兰新高铁大梁隧道为例，对隧道渗漏水产生的施工原因、渗漏水及结冰病害特征进行了分析和描述，针对不同病害部位提出了相应的解决措施。徐胜利以吉图珲客运专线五峰山隧道衬砌冻胀开裂、掉块等病害整治为例，对隧道病害现象及原因进行分析，并对其进行检测与缺陷严重程度判定，提出了波纹钢板套衬整治施工技术。潘红桂等以内蒙古集包铁路某隧道渗漏水整治问题为研究对象，从隧道病害分类、产生原因、整治方法及效果等方面对高寒地区运营铁路隧道渗漏水及冻害整治技术进行阐述与分析，并证明了注浆与加热保温相结合的整治技术在高寒地区渗漏水整治中实施效果良好。

高温场以南方高温地区隧道为代表，其隧道洞口段长期处于高温高湿环境，受热湿反复作用，衬砌及围岩发生劣化，进而产生裂纹或裂纹扩张，影响隧道结构的寿命与安全。

陈文化基于增量理论及湿度应力场理论建立了湿度和温度影响下岩体的增量型弹塑性体胀本构方程，推导了热湿应力表达式；依据某隧道现场监测数据,计算了围岩温度场、湿度场与热湿应力及季节性变化情况，分析了不同衬砌和岩石导热系数、厚度对热湿应力的影响。

然而，目前的研究均是针对极端温度场隧道已产生的病害进行机理和处置措施方面的探究，虽然对正建和未建隧道的施工和设计有一定的参考价值，但由于各隧道设计标准、温度场及水文地质等条件存在差异，其病害的产生机理和相应的处置措施也因地而异。为了采取针对性的措施整治隧道病害，必须科学准确地分析隧道病害的产生机理，依此提出切中要害的整治方案。所以开展隧址区环境及水文地质条件的模型试验对针对性防治极端温度场条件下的病害具有重要的科学意义和工程价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,结合隧道模型、温度场、湿度场、渗漏水强度与位置及围岩条件等因素的共同作用，提供一种可操作性强、精确控温控湿、准确模拟隧址区场条件的模拟极端环境下病害产生机理及处治效果的试验装置与试验方法。