本實(shí)用新型屬于隧道工程研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隧道模型沉降與加載試驗(yàn)箱。

背景技術(shù)：

目前，隧道模型試驗(yàn)箱多為三項(xiàng)加載試驗(yàn)設(shè)備，其不具有地基沉降模擬的功能，而一些隧道如沉管隧道、盾構(gòu)隧道不僅需要考慮荷載的作用，還要考慮地基差異沉降對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。以沉管隧道為例，在覆蓋層頂部不均勻回淤、基礎(chǔ)施工誤差、運(yùn)營(yíng)后航道開(kāi)挖卸荷、天然地基土性與厚度不連續(xù)、地震砂土液化等作用下均會(huì)導(dǎo)致沉管的不均勻沉降，而不均勻沉降會(huì)對(duì)沉管的結(jié)構(gòu)和防水構(gòu)成重大隱患。一般沉管下部地基可以分為人工地基和天然地基，在模型試驗(yàn)過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)考慮到地基土性以及外部荷載對(duì)沉管受力的影響。

而目前已有沉降試驗(yàn)平臺(tái)由多個(gè)額定載重幾十到一百頓的電動(dòng)機(jī)械千斤頂和等邊三角形的鋼筋混凝土面板，以及設(shè)置在千斤頂下部的矩形鋼筋混凝土柱組成。千斤頂由一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)和PLC下位機(jī)控制，最大行程幾十公分，控制精度為1mm。該種試驗(yàn)平臺(tái)巨大，適合模擬大比例尺的路基、大壩、隧道等試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诘鼗町惓两迪碌氖芰?。大型模型試?yàn)的試驗(yàn)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，不適合一般性的隧道模型試驗(yàn)研究，其模型不容易控制，此外，一般的模型沉降試驗(yàn)平臺(tái)僅具備地基沉降的功能，而不具備施加三向荷載的能力。

因此，需要開(kāi)發(fā)一種具備地基差異沉降和三向荷載兩種功能的隧道模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中隧道模型試驗(yàn)箱所存在的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提供了一種將三向荷載和沉降平臺(tái)融合，既能模擬地基差異沉降作用，又可以施加三向荷載，使試驗(yàn)結(jié)構(gòu)更精確，且操作精細(xì)、便于控制的隧道模型沉降與加載試驗(yàn)箱。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

該隧道模型沉降與加載試驗(yàn)箱，包括支架1以及安裝在支架1上的試驗(yàn)箱體，所述試驗(yàn)箱體是由沉降底板2以及設(shè)置在沉降底板2兩側(cè)的可視支撐側(cè)壁4和設(shè)置在沉降底板2兩端的承重支撐側(cè)壁3組成的敞口型箱體結(jié)構(gòu)；在試驗(yàn)箱體的外側(cè)設(shè)置有可對(duì)試驗(yàn)箱體內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪┘雍奢d的加載裝置；

所述沉降底板2的結(jié)構(gòu)是：在底盤(pán)2-1上加工有螺孔，螺孔內(nèi)穿插頂升螺栓2-2，通過(guò)頂升螺栓2-2與設(shè)置在底盤(pán)2-1上方的沉降板2-4連接，在沉降板2-4上鋪設(shè)有土工布2-5。

進(jìn)一步，所述加載裝置包括能夠?qū)υ囼?yàn)?zāi)Ｐ褪┘虞S向力或水平荷載的橫向加載機(jī)構(gòu)8和能夠?qū)υ囼?yàn)?zāi)Ｐ褪┘迂Q向荷載的豎向加載機(jī)構(gòu)6；所述橫向加載機(jī)構(gòu)8是水平安裝的多個(gè)水平千斤頂8-1，水平千斤頂8-1的頂升端穿過(guò)承重支撐側(cè)壁3延伸至試驗(yàn)箱體內(nèi)；所述豎向加載機(jī)構(gòu)6包括安裝在試驗(yàn)箱體外側(cè)的反力架6-1以及設(shè)置在反力架6-1橫梁上的豎向千斤頂6-2。

進(jìn)一步，所述水平千斤頂8-1的頂升端設(shè)置有與試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿嵝赃B接的軸向位移約束部件。

進(jìn)一步，所述豎向千斤頂6-2的頂升端安裝有荷載板6-3。

進(jìn)一步，所述可視支撐側(cè)壁4是由可視支撐架4-1和安裝在可視支撐架4-1內(nèi)側(cè)的玻璃板4-2組成，可視支撐架4-1是框架式結(jié)構(gòu)，所述玻璃板4-2的厚度為2～3cm。

進(jìn)一步，所述承重支撐側(cè)壁3是由框架式結(jié)構(gòu)的承重支撐架3-1和設(shè)置在承重支撐架3-1內(nèi)側(cè)的承重鋼板3-2組成。

進(jìn)一步，所述頂升螺栓2-2的底端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)標(biāo)記和扳手2-3，頂升螺栓2-2的螺距是0.2～0.4mm，最大旋轉(zhuǎn)行程為4～8cm。

進(jìn)一步，所述沉降板2-4是由等邊三角形結(jié)構(gòu)的單板角點(diǎn)之間通過(guò)穿插鋼絲鉸接構(gòu)成，頂升螺栓2-2的頂端支撐在鄰接的6個(gè)單板的鉸接點(diǎn)上。

進(jìn)一步，所述單板的邊長(zhǎng)為10～15cm，厚度為0.6～0.8cm。

本實(shí)用新型所提供的隧道模型沉降與加載試驗(yàn)箱是將三向荷載與沉降平臺(tái)融合，即利用頂升螺栓支撐由等邊三角形結(jié)構(gòu)的單板鉸接構(gòu)成的沉降板，通過(guò)旋轉(zhuǎn)頂升螺栓的升降，即可控制沉降板的差異沉降，真實(shí)模擬隧道結(jié)構(gòu)在地層缺陷、基礎(chǔ)施工誤差、上部不均勻荷載等作用下的隧道結(jié)構(gòu)自身及接頭的受力情況，同時(shí)通過(guò)在試驗(yàn)箱體外圍安裝水平和豎向的加載機(jī)構(gòu)，使其具備施加三向荷載的功能，使試驗(yàn)過(guò)程中能夠真實(shí)地模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谕馏w中的變形情況，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確，此外，本實(shí)用新型還可以通過(guò)可視支撐側(cè)壁適時(shí)觀察試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃?、變位或觀測(cè)土層沉降，設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單，作用機(jī)理明確，試驗(yàn)操作安全可靠，可以為同類地下結(jié)構(gòu)(特別是盾構(gòu)隧道和沉管隧道)的沉降模型試驗(yàn)提供良好的技術(shù)支撐，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的沉降與加載試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的局部I放大圖。

圖3為圖1的立面剖視圖。

圖4為圖3的沉降板2-4結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但是本實(shí)用新型不僅限于下述的實(shí)施情形。

實(shí)施例1

由圖1～3中可知，本實(shí)施例的隧道模型沉降與加載試驗(yàn)箱是由支架1、沉降底板2、可視支撐側(cè)壁4、承重支撐側(cè)壁3、豎向加載機(jī)構(gòu)6以及橫向加載機(jī)構(gòu)8組合構(gòu)成。

其中，支架1是用于支撐整個(gè)試驗(yàn)箱體的支撐部件，試驗(yàn)箱安裝在支架1上，本實(shí)施例的試驗(yàn)箱體為矩形箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸可為2.1m×1.2m，是由沉降底板2、可視支撐側(cè)壁4和承重支撐側(cè)壁3組合成一個(gè)敞口型箱體結(jié)構(gòu)。沉降底板2水平安裝在支架1上，其是由底盤(pán)2-1、頂升螺栓2-2、扳手2-3、沉降板2-4以及土工布2-5組合構(gòu)成，底盤(pán)2-1是一個(gè)矩形鋼板與支架1焊接為一體，在底盤(pán)2-1上加工有螺孔，螺孔內(nèi)穿插直徑為4～6mm的頂升螺栓2-2，頂升螺栓2-2的螺距是0.2～0.4mm，最大旋轉(zhuǎn)行程為4～8cm，在頂升螺栓2-2的底端安裝有扳手2-3，便于旋轉(zhuǎn)頂升螺栓2-2，模擬沉降效果，在頂升螺栓2-2的底端扳手2-3處還設(shè)置有旋轉(zhuǎn)標(biāo)記，每次旋轉(zhuǎn)記下旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，即可計(jì)算出沉降值。在底盤(pán)2-1上方安裝有沉降板2-4，使沉降板2-4與底盤(pán)2-1之間形成中空式結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例的沉降板2-4是由邊長(zhǎng)為10～15cm的等邊三角形單板在角點(diǎn)之間通過(guò)穿插鋼絲鉸接構(gòu)成，沉降板2-4的厚度即單板厚度為0.6～0.8cm，頂升螺栓2-2的頂端正好頂在鄰接的6個(gè)單板的鉸接點(diǎn)上，由頂升螺栓2-2的升降帶動(dòng)支點(diǎn)周圍的6塊單板的沉降，并輻射鄰接的其他單板，從而可真實(shí)模擬地基差異沉降。為了防止土體落入底盤(pán)2-1腔體內(nèi)，在沉降板2-4上鋪設(shè)有厚度為0.5～1mm左右的厚土工布2-5。

在底盤(pán)2-1長(zhǎng)度方向的兩側(cè)邊上焊接有可視支撐側(cè)壁4，本實(shí)施例的可視支撐側(cè)壁4是由可視支撐架4-1和安裝在可視支撐架4-1內(nèi)側(cè)的玻璃板4-2組成，可視支撐架4-1是由1～2cm厚鋼板焊接成矩形框架結(jié)構(gòu)，在可視支撐架4-1的內(nèi)側(cè)安裝有玻璃板4-2，玻璃板4-2厚度為2～3cm，方便適時(shí)觀察試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃?、變位或觀測(cè)土層沉降。

在底盤(pán)2-1寬度方向的兩端處焊接有承重支撐側(cè)壁3，承重支撐側(cè)壁3由框架式結(jié)構(gòu)的承重支撐架3-1和設(shè)置在承重支撐架3-1內(nèi)側(cè)的承重鋼板3-2組成，承重支撐架3-1與可視支撐架4-1的結(jié)構(gòu)相同，也是由1～2cm厚鋼板焊接成矩形框架結(jié)構(gòu)，主要是起到承接側(cè)向壓力起到支撐的作用即可，在承重鋼板3-2上預(yù)留有安裝口，在此安裝口上水平安裝有能夠?qū)υ囼?yàn)?zāi)Ｐ褪┘虞S向力或水平荷載的橫向加載機(jī)構(gòu)8，用以模擬土體的側(cè)向壓力。本實(shí)施例的橫向加載機(jī)構(gòu)8包括多個(gè)水平安裝的水平千斤頂8-1，水平千斤頂8-1的額定載重為5～10t，為消除水平千斤頂8-1對(duì)結(jié)構(gòu)物的約束，可在水平千斤頂8-1的頂升端與試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g安裝柔性金屬波紋管8-2，作為軸向位移約束部件，波紋管的厚度為0.2～0.4cm。

在試驗(yàn)箱體外側(cè)安裝有能夠?qū)υ囼?yàn)?zāi)Ｐ褪┘迂Q向荷載的豎向加載機(jī)構(gòu)6，豎向加載機(jī)構(gòu)6包括反力架6-1、豎向千斤頂6-2以及荷載板6-3，反力架6-1安裝在試驗(yàn)箱體外側(cè)即橫跨可視支撐側(cè)壁4，在反力架6-1的橫梁上并列安裝有2個(gè)豎向千斤頂6-2，豎向千斤頂6-2的額定載重為10～15t。為了使豎向荷載分布均勻，在豎向千斤頂6-2的頂升端安裝有與沉降底板2平行的荷載板6-3，用以將豎向荷載分布均勻，以模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ晚敳客馏w的壓力。

在試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)箱體內(nèi)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞考赐凉げ?-5上鋪設(shè)有模擬實(shí)際土體結(jié)構(gòu)的墊層7。

本實(shí)施例的隧道模型沉降與加載試驗(yàn)箱既適用于盾構(gòu)模型，也適用于沉管模型5，使用時(shí)，按照試驗(yàn)要求在試驗(yàn)箱體內(nèi)堆填土體，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕喜堪丛囼?yàn)要求堆填土體，若試驗(yàn)土體高度超過(guò)試驗(yàn)箱體的高度，可采用豎向千斤頂6-2施加均布荷載的方式，模擬剩余部分的土體壓力，側(cè)向土體壓力可以采用水平千斤頂8-1施加水平壓力來(lái)模擬，通過(guò)旋轉(zhuǎn)頂升螺栓2-2，帶動(dòng)沉降板2-4差異沉降，能夠真實(shí)地模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诘貙尤毕?、基礎(chǔ)施工誤差等作用下自身及接頭的受力情況，并可通過(guò)可視支撐側(cè)壁4的玻璃板4-2適時(shí)觀察試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃巍⒆兾换蛴^測(cè)土層沉降等情況，

實(shí)施例2

本實(shí)施例的頂升螺栓2-2可以用小型千斤頂來(lái)替換，可與水平千斤頂8-1、豎向千斤頂6-2均通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接的PLC下位機(jī)控制頂升距離。

此外，本實(shí)施例的水平千斤頂8-1的頂升端所設(shè)置的與試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿嵝赃B接的金屬波紋管8-2還可以用剛度較大的橡膠管來(lái)替換。

本實(shí)用新型不僅限于上述的實(shí)施情形，而且上述未作詳細(xì)描述的連接方式或結(jié)構(gòu)屬于常規(guī)技術(shù)手段。