本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治實驗?zāi)M平臺及實驗方法。

技術(shù)背景

目前的隧道襯砌結(jié)構(gòu)的模擬方法，大多數(shù)采用室內(nèi)實驗進行單因素影響處治效果的模擬，如在漏水狀態(tài)下模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治實驗，或者在持續(xù)受力開裂的情況下模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治實驗，測試修補材料的粘結(jié)度和材料強度，然后對實驗結(jié)果進行綜合對比，通過這類方法找出修補材料的最佳配合比。這種模擬方法忽略了實際多因素影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治的情況，而導(dǎo)致試驗得到的結(jié)果不準確，通常實際中隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫同時存在漏水和持續(xù)受力開裂的雙重因素，同時現(xiàn)有市場上的修補材料如環(huán)氧樹脂、碳纖維布。聚合水泥漿等。但由于這些修補材價格昂貴，不適合大量推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬實驗忽略了實際多因素影響修補效果的情況和現(xiàn)有市場修補材料價格昂貴不適合推廣的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治的模擬平臺及基于該平臺通過多因素影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬實驗。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案予以解決：

一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治實驗?zāi)M平臺，包括試驗臺，還包括位移計、兩個獨立的弧形鋼槽以及安裝在所述試驗臺上的鉸支座，所述弧形鋼槽的橫截面為矩形；兩個所述弧形鋼槽一端的下表面均與鉸支座連接且兩個弧形鋼槽共同構(gòu)成一個弧形工件；兩個所述弧形鋼槽的另一端均通過支撐桿連接試驗臺且支撐桿與弧形鋼槽之間鉸接；兩個所述弧形鋼槽的另一端下方均設(shè)置有力加載裝置，弧形鋼架與其對應(yīng)的力加載裝置之間設(shè)置有拉力測力計；兩個所述弧形鋼槽靠近鉸支座的一端均設(shè)置有試件固定裝置；位移計安裝在試件上。

進一步的，兩個所述弧形鋼槽上靠近對應(yīng)的力加載裝置的一端連接有彈簧，且彈簧拉力方向與所述力加載裝置的加載力的方向相反；在非工作狀態(tài)下，彈簧處于自然狀態(tài)。

進一步的，還包括安裝在試驗臺上的試件拆卸裝置，所述的試件拆卸裝置包括由兩個矩形板連接而成的T形架、腳踏板和兩個柱形支撐桿；所述腳踏板水平穿過T形架中的豎直矩形板且與該矩形板鉸接，兩個柱形支撐桿一端與腳踏板鉸接，另一端豎直穿過T形架中水平方向的矩形板，其上端依次穿過實驗臺和弧形鋼槽底面上設(shè)置的通孔；T形架中水平矩形板與實驗臺連接。

進一步的，所述的鉸支座包括轉(zhuǎn)軸、支撐架和兩個分支座，轉(zhuǎn)軸通過支撐架固定在試驗臺上，兩個分支座均安裝在轉(zhuǎn)軸上且分支座能夠相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，每個分支座與對應(yīng)的弧形鋼槽一端的下表面固連。

進一步的，所述的固定裝置是指在弧形鋼槽的側(cè)面上設(shè)置有螺紋孔，試件通過固定螺栓固定在弧形剛槽中。

本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的診斷實驗方法，包括以下步驟：

步驟1：準備不同規(guī)格裂縫的試件；

步驟2：安裝試件，持續(xù)加載，模擬裂縫試件受力持續(xù)開裂，實時記錄不同受力情況下開裂程度、裂縫的位移和加載力的大?。?/p>

步驟3：更換不同規(guī)格的裂縫試件，實施步驟1和步驟2；

步驟4：根據(jù)步驟1、步驟2和步驟3所得的數(shù)據(jù)，總結(jié)不同規(guī)格的裂縫試件在持續(xù)受力過程中，在不同加載力的情況下，其裂縫開裂時間、裂縫的尺寸和加載力的大小之間的關(guān)系。

進一步的，所述步驟1中，所述不同規(guī)格裂縫的試件的裂縫大小分別為0.5㎜、1㎜、2㎜、5㎜、10㎜、20㎜。

本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的處治實驗方法，包括以下步驟：

步驟1：依次選擇多種裂縫規(guī)格的試件；將試件安裝到試驗臺上；

步驟2：調(diào)配修補材料；

步驟3：模擬襯砌裂縫在不同滲水量情況下處治實驗，具體步驟為：調(diào)試滲水量，每種滲水量情況下，將修補材料注入裂縫，待其初凝，加載拉力，分別記錄不同滲水狀態(tài)下修補材料的初凝時間、裂縫位移、加載力的讀數(shù)；

步驟4：模擬襯砌裂縫持續(xù)受力開裂情況下處治實驗，具體步驟為：實施步驟1和步驟2后，將修補材料注入裂縫，待初凝，持續(xù)加載拉力，待試件開裂，實時記錄初凝時間、加載的拉力和裂縫位移；

步驟5：模擬襯砌裂縫在漏水和持續(xù)受力開裂雙重因素作用下的處治實驗，具體步驟為：重復(fù)步驟1和步驟2，分別實驗在步驟3所述的三種滲水量的情況下，將修補漿液注入裂縫中，待其初凝，持續(xù)加載拉力，使得試件開裂，實時記錄初凝時間、加載的拉力和裂縫位移。

步驟6：根據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)分析修補效果，調(diào)節(jié)修補材料的配合比，重復(fù)上述步驟1、步驟3、步驟4和步驟5，記錄實驗數(shù)據(jù)，得到修補材料的最佳的配合比。

進一步的，所述的步驟2中的修補材料為聚合物基膠凝，其按照以下材料和重量配比調(diào)制：

進一步的，所述復(fù)合激發(fā)劑漿液按照以下重量比的材料調(diào)制：

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點：

本發(fā)明通過力加載裝置給試件提供開裂張力，力加載裝置與傳動軸相互咬合并且連續(xù)傳動，能夠精確控制裂縫的開裂大小，滿足試驗精度要求。力加載裝置與弧形剛槽之間連接拉力計，能夠精確測量力加載裝置提供的拉力和試件開裂的位移，進而通過力學(xué)計算可以計算出試件裂縫所承受的拉力，確保數(shù)據(jù)的可靠性。混凝土試件放置在弧形鋼槽的空心槽內(nèi)，用拱形襯砌模型鋼架外側(cè)的固定裝置固定，實驗時候更換方便。采用弧形工件模擬隧道襯砌受力特點，改變拉力的方向與力矩，將橫向張力改變?yōu)榛⌒我r砌張力，更符合隧道結(jié)構(gòu)的受力特點，保證平臺加載的準確性。

附圖說明

圖1為隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬裝置示意圖；

圖2為隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬平臺中鉸支座示意圖；

圖3為隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬平臺中拆卸裝置示意圖；

圖4為隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬平臺三維示意圖；

圖中各標(biāo)號的含義是：1-彈簧；2-弧形鋼槽；3-拉力測力計；4-力加載裝置；5-試件固定裝置；6-試件；7-鉸支座；8-試驗臺；9-拆卸裝置；10-支撐架；11-分支座；12-轉(zhuǎn)軸；13-水平矩形板；14-腳踏板；15-柱形支撐架；16-豎直矩形板。

具體實施方式

實施例1

本發(fā)明給出了一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治實驗?zāi)M平臺，包括試驗臺，還包括位移計、兩個獨立的弧形鋼槽2以及安裝在所述試驗臺上的鉸支座7，所述弧形鋼槽2的橫截面為矩形；兩個所述弧形鋼槽2一端的下表面均與鉸支座7連接且兩個弧形鋼槽2共同構(gòu)成一個弧形工件；兩個所述弧形鋼槽的另一端均通過支撐桿連接試驗臺且支撐桿與弧形鋼槽之間鉸接；兩個所述弧形鋼槽的另一端下方均設(shè)置有力加載裝置4，弧形鋼架與其對應(yīng)的力加載裝置4之間設(shè)置有拉力測力計3；兩個所述弧形鋼槽靠近鉸支座7的一端均設(shè)置有試件固定裝置5；位移計安裝在試件上。

以上技術(shù)方案提供了一種接近實際的隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治實驗?zāi)M平臺，通過力加載裝置給試件提供開裂張力，力加載裝置與傳動軸相互咬合并且連續(xù)傳動，能夠精確控制裂縫的開裂大小，滿足試驗精度要求。力加載裝置與弧形剛槽之間連接拉力計，能夠精確測量力加載裝置提供的拉力和試件開裂的位移，進而通過力學(xué)計算可以計算出試件裂縫所承受的拉力，確保數(shù)據(jù)的可靠性?；炷猎嚰胖迷诨⌒武摬鄣目招牟蹆?nèi)，用拱形襯砌模型鋼架外側(cè)的固定裝置固定，實驗時候更換方便。采用弧形工件模擬隧道襯砌受力特點，改變拉力的方向與力矩，將橫向張力改變?yōu)榛⌒我r砌張力，更符合隧道結(jié)構(gòu)的受力特點，保證平臺加載的準確性。

其中，弧形鋼槽2上靠近對應(yīng)的力加載裝置4的一端連接有彈簧1，且彈簧1拉力方向與所述力加載裝置4的加載力的方向相反；在非工作狀態(tài)下，彈簧1處于自然狀態(tài)。

試驗臺與弧形鋼槽之間采用彈簧連接，防止在力加載裝置施加力的過程中試件突然發(fā)生脆性破壞，保證試驗的安全性。

優(yōu)選的，試驗臺上的試件拆卸裝置9，所述的試件拆卸裝置9包括由兩個矩形板連接而成的T形架、腳踏板14和兩個柱形支撐架15；腳踏板14穿過T形架中的豎直矩形板16，且與該矩形板鉸接，兩個柱形支撐架一端與腳踏板鉸接，另一端豎直穿過T形架中的水平矩形板13，T形架水平方向的矩形板13和實驗臺8下表面連接。

試驗平臺增加腳踏式拆卸裝置，從拱形襯砌模型鋼架上換取混凝土試件時，用腳踩踏拆卸裝置，通過杠桿原理，圓柱形支撐架使得試件被頂起，換取試件時更加省力。

其中，鉸支座包括轉(zhuǎn)軸12、支撐架10和兩個分支座11，轉(zhuǎn)軸12通過支撐架10固定在試驗臺上，兩個分支座11均安裝在轉(zhuǎn)軸12上且分支座11能夠相對于轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動，每個分支座11與對應(yīng)的弧形鋼槽2一端的下表面固連。

鉸支座上安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上安裝的分支座支撐弧形鋼槽，且分支座能夠相對轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，保證了弧形鋼槽能夠在力加載裝置作用下相開合。

固定裝置是指弧形鋼槽2的側(cè)面上設(shè)置有螺紋孔5，試件6和弧形剛槽2通過固定螺栓相固定。

用螺栓固定混凝土試件，固定穩(wěn)定且拆卸方便。

優(yōu)選的，所述的力加載裝置4為蝸輪加載裝置。蝸輪加載裝置在加載拉力時，穩(wěn)定且精確，能夠保證試驗的精確性。

實施例2

本實施例給出一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的診斷實驗方法，包括以下步驟：

步驟1：準備不同規(guī)格裂縫的試件，具體規(guī)格為：裂縫大小分別為0.5㎜、1㎜、2㎜、5㎜、10㎜、20㎜；

步驟2：安裝試件，持續(xù)加載，模擬裂縫試件受力持續(xù)開裂，實時記錄不同受力情況下開裂程度、裂縫的位移和加載力的大??；

步驟3：更換不同規(guī)格的裂縫試件，實施步驟1和步驟2；

步驟4：根據(jù)步驟1、步驟2和步驟3所得的數(shù)據(jù)，總結(jié)不同規(guī)格的裂縫試件在持續(xù)受力過程中，在不同加載力的情況下，其裂縫開裂時間、裂縫的尺寸和加載力的大小之間的關(guān)系。

實施例3

本實施例給出一種隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的處治實驗方法，包括以下步驟：

步驟1：依次選擇多種裂縫規(guī)格的試件；將試件安裝到試驗臺上；裂縫規(guī)格為1mm、2㎜、5㎜、10㎜或20㎜。

步驟2：調(diào)配修補材料；修補材料為聚合物基膠凝，其按照以下材料和重量配比調(diào)制：粉煤灰:偏高嶺土:復(fù)合激發(fā)劑:硅酸鹽水泥:硅灰＝14:65:10:10:1；其中復(fù)合激發(fā)劑漿液按照以下材料和重量比調(diào)制：速溶硅酸鈉:氫氧化鈉:納米二氧化硅＝8:1:1的配合比配置。

步驟3：模擬襯砌裂縫在不同滲水量情況下處治實驗，具體步驟為：調(diào)試滲水量分別為每分鐘250毫升、500毫升、800毫升，每種滲水量情況下，將修補材料注入裂縫，待其初凝，加載拉力至1kN，分別記錄不同滲水狀態(tài)下修補材料的初凝時間、裂縫位移、加載力的讀數(shù)；

步驟4：模擬襯砌裂縫持續(xù)受力開裂情況下處治實驗，具體步驟為：實施步驟1和步驟2后，將修補材料注入裂縫，待初凝，持續(xù)加載拉力，加載速率為20N/min，待試件開裂，實時記錄初凝時間、加載的拉力和裂縫位移；

步驟5：模擬襯砌裂縫在漏水和持續(xù)受力開裂雙重因素作用下的處治實驗，具體步驟為：重復(fù)步驟1和步驟2，分別實驗在步驟3所述的三種滲水量的情況下，將修補漿液注入裂縫中，待其初凝，持續(xù)加載拉力，加載速率為20N/min，使得試件開裂，實時記錄初凝時間、加載的拉力和裂縫位移。

步驟6：根據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)分析修補效果，調(diào)節(jié)修補材料的配合比，重復(fù)上述步驟1、步驟3、步驟4和步驟5，記錄實驗數(shù)據(jù)，得到修補材料的最佳的配合比為粉煤灰:偏高嶺土:復(fù)合激發(fā)劑:硅酸鹽水泥:硅灰＝14:65:10:10:1；其中復(fù)合激發(fā)劑漿液按照以下材料和重量比調(diào)制：速溶硅酸鈉:氫氧化鈉:納米二氧化硅＝8:1:1。

本隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫處治模擬實驗方法，提供了一種在滲水和持續(xù)受力開裂的雙重因素下，隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫修處治實驗?zāi)M方法。并通過實驗找到合適的材料比、水灰比，提供一種便宜、修補效果好的裂縫修補材料。