一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置制造方法及图纸

本装置是一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，包括油压控制装置和温度测量装置、加热装置、动态应变仪、衬砌模型以及用于衬砌模型制作的模具。通过油压控制系统实现对围压应力场的模拟，通过加热装置实现对围岩温度环境的模拟，通过温度测量仪测出衬砌内外壁的温度以获得相应参数，再通过动态应变仪记录应变值，最后经过数据处理计算得出导热系数，实现测定衬砌材料的力学与隔热性能的目的。本设计成本低、实用性强，操作简单，可应用于高地温环境下隧道检测。

【技术实现步骤摘要】
一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置
本专利技术专利涉及衬砌材料力学与隔热性能测定以及衬砌材料优化选择的应用
，具体为一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置。
技术介绍
近年来，随着国家“十三五规划”的正式提出，全国各地尤其是中西部地区的交通基础设施正在逐渐完善。相应的，我国将会出现大量长大的深浅埋隧道，据此，隧道横穿地层的复杂程度将会加剧，在设计与施工过程中将会面临诸多地质问题，特别是在高地温条件下，施工环境恶劣，隔热衬砌材料的研究与选择有待优化。目前，针对材料隔热性能的测试仪器很有限，特别是针对适用于处于高地温、高地应力环境下的衬砌材料的隔热性能的研究几乎处于空白状态。国内外针对高地温隧道研究通常侧重于温度分布特征的分析和地温场的模拟，而对于高地温隧道衬砌使用的耐久性、安全性以及衬砌结构设计的研究非常少。国内外还没有针对高地温、高地应力环境下隧道衬砌应力—应变关系的研究，不能不说是一个遗憾。
技术实现思路
本专利技术专利目的在于提供一种适用于处于高地温、高地应力环境下隧道衬砌材料的力学与隔热性能测定的装置，以对衬砌材料进行优化选择、设计，进而解决上述背景问题。为实现上述目的，本专利技术方案如下：一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，包括油压控制装置和温度测量装置、动态应变仪、加热装置、衬砌模型以及用于衬砌模型制作的模具。油压控制装置包括油压螺旋阀和油箱；温度测量装置包括温度电流变送器、热电偶传感器、导线、电位差计；加热装置包括稳定电源、稳压器、电流表、电压表、导线、调压器、电炉加热器；衬砌模型包括钢条、衬砌试件、隔油膜、合金材料；用于衬砌模型制作的模具尺寸是在参考了普遍情况隧道衬砌尺寸的情况下，将其按照25:1的比例缩小所确定。所述油压控制装置通过导管连接仪器主体部分，位于舱箱外面；所述温度测量装置在位于舱箱内，通过热电偶传感器链接衬砌试件内外壁；所述动态应变仪位于衬砌模型左下侧，高温应变片焊接于拱顶位置处钢条上；所述加热装置的电炉加热器部分位于衬砌模型内部；所述衬砌模型设置于舱箱的中央；所述用于衬砌模型制作的等比例模具独立于仪器之外，用于试件的制作的养护。循环导管采用不锈耐酸钢,主体材料包括普通钢、镍、铬、钼，用于连接衬砌试件模型和油箱。衬砌试件模型最外侧采用1cm厚度的镀铝锌钢板，合金与隔油膜之间填充HR液压油，通过油压螺旋阀来控制加压。衬砌试件内侧支撑钢条尺寸：4X4X100cm，分别设置在两侧拱肩、拱腰以及拱顶位置，构成一个等腰梯形，保证衬砌试件的稳定。衬砌试件尺寸，高度32cm，内壁最大宽度52cm，外壁最大宽度56cm，展深度100cm。隔油膜采用耐高温性能好的高密度聚乙烯。温度测量装置由热电偶传感器、导线、温度电流变送器、电位差计组成，需要镍铬热电偶两只(测外壁温度)，镍硅热电偶两只(测内壁温度电流变送器温度)，使用时需用电烙铁将其焊接在试件上，然后通过导线利用温度电流变送器将热电偶信号传递至电位差计，从而读出温度数值。仪器舱箱装置采用1cm厚度的不锈钢板，内侧涂装聚氨酯泡沫用于隔热。用于衬砌模型制作的等比例模具高度32cm，最大宽度58cm，延展深度100cm，材料为低碳钢油压控制装置采用螺纹插装阀。附图说明图1为本技术的装置模型图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术进行完整、详细的说明，显然，所描述的实例仅仅是本技术的一部分，基于本技术的一部分，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动下所获得的其他实施例，都属于本技术的保护范畴。如图1所示，本装置包括油压控制装置和温度测量装置、动态应变仪、加热装置、衬砌模型。油压控制装置包括1—油压螺旋阀和2—油箱；温度测量装置包括9—热电偶温度传感器和10—温度测量仪；加热装置包括10—纯电阻电路；衬砌模型包括4—钢条、5—耐高温隔油膜、6-衬砌试件和7—镀铝锌钢板。油压控制装置通过导管连接仪器主体部分，位于舱箱外面；所述温度测量装置在位于舱箱内，通过热电偶传感器链接衬砌试件内外壁；所述动态应变仪位于衬砌模型左下侧，高温应变片焊接与拱顶位置处钢条上；所述加热装置的电炉加热器部分位于衬砌模型内部；所述衬砌模型设置于舱箱的中央；所述用于衬砌模型制作的模具独立于仪器之外，用于试件的制作的养护。进一步，所述循环导管采用不锈耐酸钢,主体材料包括普通钢、镍、铬、钼，用于连接衬砌试件模型和油箱。衬砌试件模型最外侧采用1cm厚度的镀铝锌钢板，合金与隔油膜之间填充硅油，通过油压螺旋阀来控制加压。衬砌试件内侧支撑钢条尺寸：4X4X100cm，分别设置在两侧拱肩和拱腰位置，构成一个等腰梯形，保证衬砌试件的稳定。所述衬砌试件尺寸，高度32cm，内壁最大宽度52cm，外壁最大宽度56cm，展深度100cm。所述隔油膜采用耐高温性能较好的高密度聚乙烯。温度测量装置由热电偶传感器、导线、温度电流变送器、电位差计组成，需要镍铬热电偶两只(测外壁温度)，镍硅热电偶两只(测内壁温度)，使用时需用电烙铁将其焊接在试件上。仪器舱箱装置采用1cm厚度的不锈钢板，内侧涂装聚氨酯泡沫用于隔热。用于衬砌模型制作的模具高度32cm，最大宽度58cm，延展深度100cm，材料为ABS塑料。油压控制装置采用螺纹插装阀。工作原理：使用衬砌模具制作试件，按照相关技术规范养护完成后放置于仪器舱箱内，使用电烙铁将热电偶温度传感器分别焊接于试件的内外壁，将高温应变片焊接于位于拱顶处钢条上，用油压控制装置施加油压来模拟既定隧道所处的围压环境，施加油压完成后，打开加热装置进行加热，关闭舱门，每隔5—10分钟记录加热装置的电流电压数值、温度测量仪的数值以及油压、应变片的数值，数据记录完成后再施加油压，加热升温，循环操作，试验完成后对油压装置进行卸荷回油，最后根据记录结果进行数据处理，通过计算得出导热系数，并绘制应力—应曲线，分析该材料的力学与隔热性能。本实施例中，试件的制作应在本技术所提供的衬砌试件模具中进行。按规范条件养护。仰拱位置开有小孔，以便于温度传感器的焊接。记录数据时应在油压、温度稳定的条件下进行，每5—10分钟进行一次，直到加至既定油压、温度T。结合国内外高地温隧道的具体情况，T≥60℃。循环导管采用不锈耐酸钢，防止压力过大引起导管破裂。衬砌试件模型最外侧采用1cm厚的镀铝锌钢板，防止油压过大引起过度变形。热电偶采用镍铬热电偶(焊于衬砌试件外壁)、镍硅热电偶(焊于衬砌试件内壁)。高温应变片使用铁镍铝等金属材料。用油压控制装置模拟深埋隧道所处的应力环境，根据需要制定应力。在本技术中，数据处理时可参考公式：导热系数λ＝UI(r_2-r_1)/(π(T_1-T_2)r_2r_1)(单位：W/m·K)，其中U：电压表读数，I：电流表读书，r_2：外壁半径，r_1：内壁半径，T_1：内壁温度，T_2：外壁温度。以上所述，仅为本技术众多实施例中的一个，任何本领域的技术人员在本技术揭露的技术范围之内，在本技术的技术方案与设计思路下进行的实施例，都应涵盖在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，包括油压控制装置和仪器舱箱，仪器舱箱包括温度测量装置、加热装置、动态应变仪、衬砌试件模型以及用于衬砌试件模型制作的等比例模具，油压控制装置包括油压螺旋阀和油箱；温度测量装置包括温度电流变送器、热电偶传感器、导线、电位差计；加热装置包括稳定电源、稳压器、电流表、电压表、导线、调压器、电炉加热器；衬砌试件模型包括钢条、衬砌试件、隔油膜、合金材料；用于衬砌试件模型制作的等比例模具尺寸是在参考了普遍情况隧道衬砌尺寸的情况下，将其按照25:1的比例缩小所确定，其特征是所述油压控制装置位于主体舱箱外部，通过循环导管与衬砌试件模型连接；所述衬砌试件模型位于舱箱的中央；所述温度测量装置位于衬砌试件模型的左侧，通过热电偶传感器连接衬砌试件内外壁；所述动态应变仪位于衬砌试件模型左下侧，高温应变片焊接与拱顶位置处钢条上；所述加热装置的电炉加热器部分位于衬砌试件模型内部，其余部分位于衬砌试件模型外部主体舱箱内部；所述用于衬砌试件模型制作的模具独立于仪器之外，用于试件制作。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，包括油压控制装置和仪器舱箱，仪器舱箱包括温度测量装置、加热装置、动态应变仪、衬砌试件模型以及用于衬砌试件模型制作的等比例模具，油压控制装置包括油压螺旋阀和油箱；温度测量装置包括温度电流变送器、热电偶传感器、导线、电位差计；加热装置包括稳定电源、稳压器、电流表、电压表、导线、调压器、电炉加热器；衬砌试件模型包括钢条、衬砌试件、隔油膜、合金材料；用于衬砌试件模型制作的等比例模具尺寸是在参考了普遍情况隧道衬砌尺寸的情况下，将其按照25:1的比例缩小所确定，其特征是所述油压控制装置位于主体舱箱外部，通过循环导管与衬砌试件模型连接；所述衬砌试件模型位于舱箱的中央；所述温度测量装置位于衬砌试件模型的左侧，通过热电偶传感器连接衬砌试件内外壁；所述动态应变仪位于衬砌试件模型左下侧，高温应变片焊接与拱顶位置处钢条上；所述加热装置的电炉加热器部分位于衬砌试件模型内部，其余部分位于衬砌试件模型外部主体舱箱内部；所述用于衬砌试件模型制作的模具独立于仪器之外，用于试件制作。


2.根据权利要求1所述的一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，其特征是所述循环导管采用不锈耐酸钢,主体材料包括普通钢、镍、铬、钼金属材料，用于连接衬砌试件模型和油箱。


3.根据权利要求1所述的一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，其特征是所述衬砌试件模型最外侧采用1cm厚度的镀铝锌合金材料，合金材料与隔油膜之间填充硅油，通过油压螺旋阀来控制加压。


4.根据权利要求1所述的一种实现高地温隧道衬砌力学与隔热性能测定的装置，其特征是所述衬砌试件内侧支撑钢条尺寸为4X4X100cm，分别设置在两侧拱肩和拱腰以及拱顶位置，构成一个等腰梯形，保证衬砌试件的稳定。


5.根据权利要求1所述的一种实现高地温隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尧晟，陆渊，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：新型
国别省市：四川;51