[发明专利]模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置，其特征在于：包括试验台座、设在试验台座上的衬砌环和纵向加载装置，所述试验台座包括台座底板和间隔竖直设在台座底板上的两平行台座反力板，所述衬砌环包括若干组并排贴近的同轴等径的环圈，在各个环圈的外周箍设有环向抱箍索，所述纵向加载装置具有两组，分别包括呈锥斗形的刚性加载环和布设在刚性加载环大端端面上的分布式弹簧，两组纵向加载装置的分布式弹簧的自由端分别顶置在衬砌环的端面上，所述刚性加载环小端端面与台座反力板之间设有千斤顶；两相邻环圈之间形成环缝，每个环圈由多片呈弧形的衬砌管片拼接形成圆圈状，相邻衬砌管片之间形成纵缝。

2.根据权利要求1所述的模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置，其特征在于：所述分布式弹簧的自由端与衬砌环的端面之间设有连接板，所述连接板与分布式弹簧的自由端粘接，分布式弹簧的固定端与刚性加载环大端端面粘接。

3.根据权利要求1或2所述的模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置，其特征在于：所述环圈上设有抱箍支承座，所述抱箍支承座包括弧形板片和径向间隔固定在弧形板片上的两个支撑板片，所述环向抱箍索为预应力箍绳，预应力箍绳的两端分别固定在两个支撑板片上。

4.根据权利要求3所述的模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置，其特征在于：多组环圈中的中间一组环圈的抱箍支承座上连接有一重物，在台座底板上设有避让重物的台座预留槽。

5.一种如权利要求4所述模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置的试验方法，其特征在于：

步骤1、根据缩尺比例，采用3D打印方式预制不同尺寸的呈弧形状的衬砌管片，衬砌管片的宽度相同，弧形所对应的圆心角不同，多个衬砌管片拼接形成圆圈状环圈，拼装过程中在相邻衬砌管片之间形成纵缝接头，相邻环圈形成环缝接头；

步骤2、定制环向抱箍装置，环向抱箍装置包括抱箍索和抱箍支承座，抱箍索端头通过螺栓固定于抱箍支撑座，沿抱箍索布设若干应变片以测量其拉应变和张力，进而计算施加在模型外环面的径向围压，通过螺栓调节抱箍索张力以实现不同径向围压，以模拟浅埋、中埋和深埋条件，进而有效模拟隧道衬砌承担的径向地层压力；

步骤3、通过在多组环圈中的中间一组环圈的抱箍支承座下方悬挂重物，实现模型的横向剪力加载与量测，模拟环缝接头的剪切工况；

步骤4、通过千斤顶施加顶推力或拉力，由分布式弹簧转换为作用在衬砌上的不均匀压拉力，实现对衬砌施加压弯、拉弯荷载；将两组纵向加载装置对称布置在衬砌模型左右两端，完成隧道衬砌模型及其加载装置的组装；

步骤5、通过纵向加载装置对隧道衬砌逐级加载，采用数字照相与测量（DIC）技术精确测量加载环与模型环的间隙变化（即各分布式弹簧的压缩或拉伸量），进而计算施加在模型环端面的轴力与弯矩。

6.根据权利要求5所述的模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置的试验方法，其特征在于：开展拉压弯剪组合作用下的三环衬砌模型试验，研究环端宏观内力（N+M+Q）对环缝张开量φ、环缝错动量δ的影响，测定环缝接头力学性能，探讨盾构隧道的纵向力学性能。