一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，包括模型箱、試驗荷載加載系統(tǒng)。模型箱(100)為頂部設有開口的立方體結構，模型箱的內(nèi)表面設有減震敷層(110)；一貫穿模型箱前后端面的可拆卸隧道模板(200)設置在模型箱中部；拆卸隧道模板具有分別與模型箱前后端面可拆卸聯(lián)接的前后兩個端蓋,隧道襯砌模型連接在前后兩個端蓋之間；受控制裝置控制可對荷載的形式，大小以及頻率予以控制的激振器懸置在鋼梁上；前后兩個端蓋之間設置有一個或一個以上的隧道襯砌模型。本實用新型能夠方便、準確、真實地模擬列車運行誘發(fā)振動荷載作用下襯砌結構以及周圍巖土體動力響應與振動波沿隧道橫向、縱向以及深度傳播規(guī)律。
【專利說明】
一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及土木工程試驗領域巖土類試驗技術領域，特別是一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]地鐵列車在運行時，列車荷載會導致隧道結構-土層以及地面振動問題。隧道結構及其上覆土層在列車振動荷載作用下的動力響應復雜多變。在長期振動荷載作用下，隧道襯砌結構可能出現(xiàn)支護開裂產(chǎn)生縱橫向裂縫、洞頂混凝土的剝落甚至底部隆起變形等問題。除隧道結構外，周圍土體在長期列車荷載作用下也會有砂土液化、不均勻沉降和地面塌陷等問題發(fā)生。因此，掌握隧道結構的動力響應特性及其對周圍土層的影響機理和變化規(guī)律具有重要意義。采用隧道工程中襯砌結構及圍巖動力響應測試系統(tǒng)，可對隧道襯砌結構以及周圍巖體在列車運行誘發(fā)振動荷載下的動力響應進行測試，對振動波的傳播規(guī)律進行研究。
[0003]由于采用模型試驗對列車荷載作用下隧道結構動力響應特性進行研究試驗較為復雜，難度較大。目前研究主要集中在國外，國內(nèi)還少有這方面的研究。
[0004]( I)期刊《Proceed ings of the Institut1n of Civil Engineers-Geotechnical Engineering》2003年第二期中劍橋學者Thusyanthan和Madabhushi米用了一種隧道襯砌及圍巖動力響應特性測試系統(tǒng)，對不同材料的隧道襯砌結構對振動波的吸收與傳遞情況進行了相關研究。該系統(tǒng)模型箱為圓柱形模型箱，尺寸為900mmX260mm(直徑X高)。加載系統(tǒng)主體為振動馬達，通過馬達轉動，產(chǎn)生偏心力從而實現(xiàn)對模型的加載。該模型試驗系統(tǒng)，還存在以下不足之處:
[0005]1、對施加荷載的控制不夠精確，對加入荷載的形式，大小以及頻率未能測試。
[0006]2、在模型試驗中對模型箱邊界的處理不夠完善，邊界可能出現(xiàn)振動波的反射問題。
[0007]3、在試驗中模擬工況比較單一，不能有效的對不同斷面形狀，斷面大小以及有交叉情況的隧道進行模擬。
[0008]4、對加入荷載的振幅的大小以及頻率控制不夠精確，不能真實客觀的模擬隧道列車荷載。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型的目的是要上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，能夠方便、準確、真實地模擬列車運行誘發(fā)振動荷載作用下襯砌結構以及周圍巖土體動力響應與振動波沿隧道橫向、縱向以及深度傳播規(guī)律。
[0010]為達到上述目的，本實用新型是按照以下技術方案實施的:
[0011 ] 一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，包括模型箱、試驗荷載加載系統(tǒng)，模型箱為頂部設有開口的立方體結構，模型箱的內(nèi)表面設有減震敷層;一貫穿模型箱前后端面的可拆卸隧道模板設置在模型箱中部;可拆卸隧道模板具有分別與模型箱前后端面可拆卸聯(lián)接的前后兩個端蓋，隧道襯砌模型連接在前后兩個端蓋之間；試驗荷載加載系統(tǒng)包括激振器和用于承載激振器的鋼梁，所述鋼梁穿過隧道襯砌模型聯(lián)接在前后兩個端蓋的外側;受控制裝置控制可對荷載的形式，大小以及頻率予以控制的激振器懸置在鋼梁上;前后兩個端蓋之間設置有一個或一個以上的隧道襯砌模型。
[0012]進一步地，所述一個以上的隧道襯砌模型在水平方向平行排列。
[0013]進一步地，所述一個以上的隧道襯砌模型在垂直方向平行排列。
[0014]進一步地，當采用一個以上的隧道襯砌模型呈空間交叉但不相交狀態(tài)布置。
[0015]進一步地，所述隧道襯砌模型橫截面為如下圖形之一:矩形、圓形及馬蹄形。
[0016]進一步地，所述模型箱的內(nèi)部空間長X寬X高為1500mmX 900mmX 1350mm，矩形開口的長X高為1406mm X 700mm，矩形連接板的長X高為1500mm X 80mm。
[0017]本實用新型的工作原理:通過激振器施加在隧道結構底部，將荷載準確、穩(wěn)定地傳遞到隧道結構上，受信號發(fā)生器控制的激振器可以對荷載大小、荷載形式、荷載頻率以及荷載持續(xù)時間進行操控，同時可以根據(jù)具體需求，將不同車速、不同等級列車荷載的模擬或者實測數(shù)據(jù)編輯成荷載時程曲線文件，通過軟件將該荷載時程曲線輸入，通過激振器將列車荷載加載到隧道結構上，模擬不同車速下，列車產(chǎn)生的振動荷載對結構的影響。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果:
[0019]本實用新型試驗裝置通過可拆卸隧道模板設置，可實現(xiàn)對單個隧道或者交叉隧道動力響應特性的模擬的轉換，適用范圍更廣，可對隧道結構-土層的動力響應進行測試，能用于研究振動波沿不同方向的傳播以及衰減規(guī)律;試驗荷載加載系統(tǒng)可實現(xiàn)對列車運行誘發(fā)動荷載準確模擬，對所施加動力荷載的形式、大小以及頻率準確控制，可模擬不同車速下，列車產(chǎn)生的振動荷載;模型箱的內(nèi)表面設有減震敷層使圍巖材料對模型箱界面的振動反射減小，完善了模型試驗中對模型箱邊界的處理，克服了邊界會出現(xiàn)的振動波反射問題。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型結構的主視圖；
[0021]圖2為圖1的A-A剖面圖；
[0022]圖3為圖2的K部局部放大圖；
[0023]圖4為本實用新型可拆卸隧道模板的一種結構示意圖；
[0024]圖5為本實用新型可拆卸隧道模板的另一種結構示意圖；
[0025]圖6為本實用新型可拆卸隧道模板的第三種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步描述，在此實用新型的示意性實施例以及說明用來解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。
[0027]結合圖1、圖2和圖3可看到，本實施例的一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，包括模型箱1、試驗荷載加載系統(tǒng)3，所述模型箱I是由6mm厚Q235鋼板4焊接而成的頂部為開口(用作圍巖填充操作)的立方體結構，模型箱的內(nèi)表面設有減震敷層110，在本實施例減震敷層為膠泥敷層。模型箱的內(nèi)部空間長X寬X高為1500mm X 900mm X 1350mm，此處寬度對應隧道襯砌模型1的縱向長度，土木工程領域相似模型試驗的幾何相似比一般介于20-50的范圍內(nèi)，因此，該模型箱I可以用于模擬30mX18mX 27m至75mX45mX67.5m的介質空間。模型箱I的前端面和后端面各開設一個長X高為1406mmX700mm的矩形開口5，一貫穿模型箱前后端面的可拆卸隧道模板設置在模型箱中部?？刹鹦端淼滥０?00具有分別與模型箱前后端面可拆卸聯(lián)接的前后兩個端蓋201和202，該兩個端蓋通過螺栓聯(lián)接在模型箱100的前后端面的矩形開口 5附近，模型隧道連接在前后兩個端蓋201和202之間；試驗荷載加載系統(tǒng)300包括激振器9和鋼梁I，激振器9施加在隧道襯砌模型10底部，鋼梁11穿過模型隧道通過螺栓聯(lián)接在前后兩個端蓋的外側;激振器9頂部與鋼梁11通過第一螺栓12b連接，鋼梁11通過第二螺栓12c固定在模型箱I的兩個端蓋201和202的外壁，所述激振器9依次與信號放大器、信號發(fā)生器、以及計算機進行連接。
[0028]可拆卸隧道模板200可以方便地拆卸和安裝，其兩個端蓋且易于切割加工，可以對不同斷面形狀，斷面大小以及有交叉情況的隧道進行模擬，比如單洞隧道(如圖4所示)，平行隧道(如圖5所示)以及空間交叉隧道(如圖6所示)等。同時，模型箱I外部設有寬70mm、厚6mm的Q235橫向加固鋼條8和豎向加固鋼條7，橫向加固鋼條8和豎向加固鋼條7組成框型結構。此外，鋼梁11通過第二螺栓12c固定在模型箱I外部的豎向加固鋼條7上，該豎向加固鋼條7可用于固定激振器9。
[0029]試驗荷載加載系統(tǒng)300主要由激振器9和鋼梁11組成，通過激振器9施加在隧道襯砌模型10底部，該激振器與鋼梁11通過第一螺栓12b連接，同時，將該鋼梁11通過第二螺栓12c固定在模型箱I外部的豎向加固鋼條7上，從而可以將荷載穩(wěn)定的傳遞到隧道襯砌模型10上。激振器9依次與信號放大器、信號發(fā)生器、以及計算機進行連接，通過計算機設定參數(shù)，可以對荷載大小、荷載形式、荷載頻率以及荷載持續(xù)時間進行操控，同時可以根據(jù)具體需求，將不同車速、不同等級列車荷載的模擬或者實測數(shù)據(jù)編輯成荷載時程曲線文件，通過軟件將該荷載時程曲線輸入，通過激振器將列車荷載加載到隧道結構上，模擬不同車速下，列車產(chǎn)生的振動荷載對結構的影響。
[0030]本實用新型的技術方案不限于上述具體實施例的限制，凡是根據(jù)本實用新型的技術方案做出的技術變形，均落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，包括模型箱、試驗荷載加載系統(tǒng)，其特征在于，模型箱(100)為頂部設有開口的立方體結構，模型箱的內(nèi)表面設有減震敷層(110);—貫穿模型箱前后端面的可拆卸隧道模板(200)設置在模型箱中部;可拆卸隧道模板具有分別與模型箱前后端面可拆卸聯(lián)接的前后兩個端蓋，隧道襯砌模型連接在前后兩個端蓋之間;試驗荷載加載系統(tǒng)(300)包括激振器和用于承載激振器的鋼梁，所述鋼梁穿過隧道襯砌模型聯(lián)接在前后兩個端蓋的外側;受控制裝置控制可對荷載的形式，大小以及頻率予以控制的激振器懸置在鋼梁上;前后兩個端蓋之間設置有一個或一個以上的隧道襯砌模型。2.根據(jù)權利要求1所述的隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，其特征在于，所述一個以上的隧道襯砌模型呈空間交叉但不相交狀態(tài)布置。3.根據(jù)權利要求2所述的隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，其特征在于，所述一個以上的隧道襯砌模型在水平方向平行排列。4.根據(jù)權利要求2所述的隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，其特征在于，所述一個以上的隧道襯砌模型在垂直方向平行排列。5.根據(jù)權利要求1或2所述的隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，其特征在于，所述隧道襯砌模型橫截面為如下圖形之一:矩形、圓形及馬蹄形。6.根據(jù)權利要求1所述的隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，其特征在于:所述模型箱的內(nèi)部空間長X寬X高為1500mm X 900mmX 1350mm，矩形開口的長X高為1406mm X 700mm，矩形連接板的長X高為1500mm X 80mm。7.根據(jù)權利要求1所述的隧道工程中襯砌結構及圍巖的動力響應測試系統(tǒng)，其特征在于:所述模型箱的內(nèi)表面設有減震敷層為膠泥敷層。
【文檔編號】G01N19/00GK205538616SQ201620085327
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】楊文波, 崔戈, 徐朝陽, 陳子全
【申請人】西南交通大學