【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及隧道模型加載，尤其是一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置及試驗方法。
技術(shù)介紹
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術(shù)相關(guān)的
技術(shù)介紹
信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
2、在高地下水位隨季節(jié)大幅變動的土質(zhì)隧道中，隧道結(jié)構(gòu)在服役期間不可避免將承受周圍變動壓力的反復作用而產(chǎn)生疲勞效應，同時季節(jié)更替產(chǎn)生的溫度與濕度的變化會導致隧道襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、變形等問題。因此，研究該水文地質(zhì)條件下隧道結(jié)構(gòu)疲勞破壞異常重要。相比較其他研究方式，模型試驗具有可重復性和靈活性等特點，可以直觀、實時監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)承受不同荷載時力學參數(shù)變化，同時基于相似理論模擬材料和復雜工況更貼近實際，成為研究隧道結(jié)構(gòu)特性的首選方案。
3、對于高地下水位的土質(zhì)隧道，隧道承受上覆土壓力、側(cè)向水壓力以及下部浮托力的動態(tài)作用，導致隧道結(jié)構(gòu)不同部位承受隨時間空間產(chǎn)生無規(guī)律變化荷載，因此為揭示高地下水位下土層隧道結(jié)構(gòu)受力時空變化規(guī)律，準確模擬運營期隧道復雜的受荷特征是精準預測其使用壽命的關(guān)鍵。目前，針對隧道模型的加載裝置進行研究：公開號為cn118533523a的中國專利技術(shù)專利公開了一種圓弧隧道襯砌的徑向圍壓加載裝置，該裝置采用加壓組件沿軸向環(huán)繞安裝于隧道襯砌，通過分配梁給隧道襯砌施加徑向壓力，但組件之間仍存在間隔帶無法實現(xiàn)均勻的面面接觸加載，使局部加載受力與其他部位不同且無法模擬不同部位的受力狀態(tài)；公開號為cn118566005a的中國專利技術(shù)專利公開了一種氣囊式隧道模型試驗加載裝置，該裝置采用氣囊式加載方式將產(chǎn)生的力通過頂板與側(cè)板豎向、橫向作用于土體，
4、另外，因為現(xiàn)有隧道在實際工況中頂部、底部和側(cè)部的壓力可能是不同的，現(xiàn)有的加載裝置對隧道的頂部、側(cè)部和底部無法分別施加不同的荷載，都施加相同荷載的話，不能有效貼合實際，影響試驗結(jié)果的準確性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，還原隧道結(jié)構(gòu)受周圍不同壓力的作用，采用袖帶加載單元，操作簡單，便于攜帶，能夠?qū)崿F(xiàn)圍壓的均勻加載。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：
3、一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，包括：
4、模型箱，模型箱的一側(cè)為透明材料；
5、隧道模型，隧道模型的環(huán)向貼合設(shè)置有袖帶加載單元，袖帶加載單元內(nèi)部沿著隧道模型的環(huán)向設(shè)置多個壓力腔室，輸氣組件向各壓力腔室分別提供氣源以向隧道模型的頂部、底部和側(cè)部施加相同或不同荷載，袖帶加載單元的兩側(cè)可拆卸連接，帶有袖帶加載單元的隧道模型放置于模型箱內(nèi)，模型箱內(nèi)填充有填充材料；
6、監(jiān)測單元，監(jiān)測單元位于模型箱的外側(cè)，監(jiān)測單元通過模型箱透明側(cè)以對隧道模型進行監(jiān)測；
7、應力采集單元，包括應力傳感器，應力傳感器布設(shè)于隧道模型處。
8、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述袖帶加載單元包括袖帶主體，袖帶主體內(nèi)部中空設(shè)置，所述壓力腔室位于袖帶主體內(nèi)部的中空處，袖帶主體具有設(shè)定的寬度，袖帶主體的圓周長度小于所述隧道模型的外周長，袖帶主體的兩側(cè)通過卡扣組件連接。
9、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述袖帶主體內(nèi)設(shè)置4個氣囊，氣囊內(nèi)部形成所述的壓力腔室,相鄰兩壓力腔室之間接觸，壓力腔室依次布置于隧道模型的頂部、側(cè)部、底部和側(cè)部，以模擬隧道頂部、底部和側(cè)部受到的不同壓力；
10、袖帶主體內(nèi)表面設(shè)置防滑紋。
11、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述袖帶主體的外側(cè)設(shè)置限位件，限位件與袖帶主體之間形成通道，所述卡扣組件包括固定帶，固定帶穿過通道設(shè)置，固定帶的長度可調(diào)節(jié)，固定帶的一端設(shè)置母扣，另一端設(shè)置與母扣配合的公扣；
12、所述袖帶主體的外側(cè)設(shè)置有環(huán)境調(diào)控單元，環(huán)境調(diào)控單元包括加熱元件和濕度調(diào)節(jié)元件，加熱元件、濕度調(diào)節(jié)元件分別與調(diào)控控制器連接，袖帶主體處設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器，溫度傳感器和濕度傳感器分別與調(diào)控控制器連接。
13、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述壓力腔室分別設(shè)置內(nèi)置輸氣口和內(nèi)置排氣口，內(nèi)置輸氣口處設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，內(nèi)置排氣口處設(shè)置壓力控制閥，壓力調(diào)節(jié)閥、壓力控制閥分別與壓力控制器連接，內(nèi)置輸氣口與輸氣組件連接；
14、各壓力腔室中分別設(shè)置壓力傳感器，壓力傳感器與壓力控制器連接，以改變荷載大小實現(xiàn)動態(tài)荷載的施加。
15、所述壓力腔室作用于隧道頂部的壓力值根據(jù)上覆土天然重度、上覆土層厚度、地上水的重度、地上水的高度、地下水位以內(nèi)的土體有效重度、地下水位以下到隧道拱頂?shù)母叨取⒌叵滤闹囟群托拚齾?shù)進行獲取；
16、壓力腔室作用于隧道模型側(cè)部的壓力值根據(jù)水的重度、計算點距離地下水面的深度、靜土壓力和修正參數(shù)進行確定；
17、壓力腔室作用于隧道模型底部的壓力值根據(jù)水的密度、重力加速度、排開水的體積和修正參數(shù)進行確定。
18、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述輸氣組件包括與所述壓力腔室分別連接的輸氣管，各輸氣管分別與所述壓力控制器連接，壓力控制器與空氣壓縮機連接。
19、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述監(jiān)測單元包括位移監(jiān)測組件，位移監(jiān)測組件包括熒光示蹤粒子、激光光源、相機和控制器，熒光示蹤粒子根據(jù)所要監(jiān)測隧道位移的位置均勻鋪撒在所述隧道模型的表面上，激光光源與相機分別放置在模型箱透明側(cè)的外側(cè)，激光光源和相機分別與控制器相連。
20、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述應力傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連，數(shù)據(jù)采集儀、所述控制器均與計算機相連。
21、如上所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，所述模型箱包括底板，底板支撐前板、側(cè)板和后板，前板與后板相對設(shè)置，前板形成所述的模型箱透明側(cè)，側(cè)板開有供線路穿過的孔道，孔道處配有孔塞。
22、第二方面，本專利技術(shù)還公開了一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置的試驗方法，包括如下內(nèi)容：
23、制作隧道模型，在隧道模型的周側(cè)設(shè)置袖帶加載單元，在隧道模型處布設(shè)應力傳感器；
24、組裝模型箱，模型箱的一側(cè)為透明側(cè)，模型箱的對立兩側(cè)之間的距離與隧道模型的長度相適配；
25、在模型箱內(nèi)填筑填充材料，將帶有袖帶加載單元的隧道模型放置于模型箱內(nèi)，隧道模型的一端與模型箱的透明側(cè)相貼合，繼續(xù)填筑填充材料；
26、輸氣組件向各壓力腔室分別提供氣源以向隧道模型的頂部、底部和側(cè)部施加相同或不同荷載，逐步增加荷載，達到設(shè)定壓力后進行保持，在荷載增加和保持過程中，應力傳感器獲取隧道模型的應力變化情況，監(jiān)測單元獲取隧道模型的變形情況。
27、本發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述袖帶加載單元包括袖帶主體，袖帶主體內(nèi)部中空設(shè)置，所述壓力腔室位于袖帶主體內(nèi)部的中空處，袖帶主體具有設(shè)定的寬度，袖帶主體的圓周長度小于所述隧道模型的外周長，袖帶主體的兩側(cè)通過卡扣組件連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述袖帶主體內(nèi)設(shè)置4個氣囊，氣囊內(nèi)部形成所述的壓力腔室,相鄰兩壓力腔室之間接觸，壓力腔室依次布置于隧道模型的頂部、側(cè)部、底部和側(cè)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述袖帶主體的外側(cè)設(shè)置限位件，限位件與袖帶主體之間形成通道，所述卡扣組件包括固定帶，固定帶穿過通道設(shè)置，固定帶的長度可調(diào)節(jié)，固定帶的一端設(shè)置母扣，另一端設(shè)置與母扣配合的公扣；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述壓力腔室分別設(shè)置內(nèi)置輸氣口和內(nèi)置排氣口，內(nèi)置輸氣口處設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，內(nèi)置排氣口處設(shè)置壓力控制閥，壓力調(diào)節(jié)閥、壓力
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述輸氣組件包括與所述壓力腔室分別連接的輸氣管，各輸氣管分別與所述壓力控制器連接，壓力控制器與空氣壓縮機連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述壓力腔室作用于隧道頂部的壓力值根據(jù)上覆土天然重度、上覆土層厚度、地上水的重度、地上水的高度、地下水位以內(nèi)的土體有效重度、地下水位以下到隧道拱頂?shù)母叨取⒌叵滤闹囟群托拚齾?shù)進行獲取；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述監(jiān)測單元包括位移監(jiān)測組件，位移監(jiān)測組件包括熒光示蹤粒子、激光光源、相機和控制器，熒光示蹤粒子根據(jù)所要監(jiān)測隧道位移的位置均勻鋪撒在所述隧道模型的表面上，激光光源與相機分別放置在模型箱透明側(cè)的外側(cè)，激光光源和相機分別與控制器相連；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述模型箱包括底板，底板支撐前板、側(cè)板和后板，前板與后板相對設(shè)置，前板形成所述的模型箱透明側(cè)，側(cè)板開有供線路穿過的孔道，孔道處配有孔塞。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下內(nèi)容：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述袖帶加載單元包括袖帶主體，袖帶主體內(nèi)部中空設(shè)置，所述壓力腔室位于袖帶主體內(nèi)部的中空處，袖帶主體具有設(shè)定的寬度，袖帶主體的圓周長度小于所述隧道模型的外周長，袖帶主體的兩側(cè)通過卡扣組件連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述袖帶主體內(nèi)設(shè)置4個氣囊，氣囊內(nèi)部形成所述的壓力腔室,相鄰兩壓力腔室之間接觸，壓力腔室依次布置于隧道模型的頂部、側(cè)部、底部和側(cè)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述袖帶主體的外側(cè)設(shè)置限位件，限位件與袖帶主體之間形成通道，所述卡扣組件包括固定帶，固定帶穿過通道設(shè)置，固定帶的長度可調(diào)節(jié)，固定帶的一端設(shè)置母扣，另一端設(shè)置與母扣配合的公扣；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種袖帶狀隧道模型加載試驗裝置，其特征在于，所述壓力腔室分別設(shè)置內(nèi)置輸氣口和內(nèi)置排氣口，內(nèi)置輸氣口處設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，內(nèi)置排氣口處設(shè)置壓力控制閥，壓力調(diào)節(jié)閥、壓力控制閥分別與壓力控制器連接，內(nèi)置輸氣口與輸氣組件連接；
6.根據(jù)權(quán)利要求5...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張宏博，許庚，房彥宏，劉鋒，趙世超，劉亞珍，董艷濤，宋修廣，王珺，閆志超，陽生有，王炳雷，
申請(專利權(quán))人：山東大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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