测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置，解决了现有测试装置均无法很好地模拟施工现场豆粒石填充材料的真实状态获得填充材料压缩剪切性能参数及孔隙率变化的问题。通过带有下箱体圆柱状内腔的矩形下箱体与带有上筒体圆柱状内腔的矩形上筒体结合，形成能真实模拟隧道衬砌壁后填充材料弹性支撑层的填充材料圆柱体，在填充材料圆柱体的外侧四周，构筑起一个能动态形成对填充材料圆柱体进行剪切的环境，得到真实模拟现场隧道盾构环境下的隧道衬砌壁后填充材料压缩剪切性能的测试模量。特别是通过水泵对圆柱体填充材料注水使其处于饱和状态，再通过测定压缩剪切过程中水量的变化，计算得到填充材料孔隙率的变化情况。

【技术实现步骤摘要】
测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置
本专利技术涉及一种剪切试验装置，特别涉及一种对隧道衬砌壁后散粒体填充材料的剪切性能和压缩剪切中孔隙率的变化进行测试的装置。
技术介绍
盾构法具有施工速度快、安全性高等诸多优势，已成为隧道施工的重要方法。在工程实践中，盾构法适应于不同直径的各种地层条件下的隧道修建，在采用盾构法进行深埋长大隧道掘进过程中，隧道的开挖会引起围岩的变形，使得围岩应力进行重新的分布；盾构机不断地向前推进，并进行管片支护的过程，也是后续开挖的洞室围岩逐渐卸载和支护结构抑制围岩发生变形的过程；在掘进和支护过程中，刀盘、盾壳、管片衬砌和壁后填充层的结构，共同组成了隧道体对围岩的支护体系，管片支护的壁后豆粒石填充层，在此组合支护体系中，起到了柔性支护的作用，使得围岩作用在管片的荷载更均匀；故，准确测试和评价壁后豆粒石填充层（单纯豆粒石或豆粒石加砂浆组合填充材料）的剪切力学性能，对指导现场施工尤为必要与紧迫。在现有技术中，为了获得土体及岩石的抗剪强度，常通过现场或室内进行试验测定的，主要试验方法有：三轴剪切试验、十字板剪切试验、直接剪切试验和无侧限抗压试验，针对大直径颗粒土体及堆石料，有时还会选择大型直剪试验；在这些试验中，最简单的方法是直接剪切试验方法，其理论基础为库伦定律和抗剪强度理论；但现有的常规的剪切试验装置，均无法很好地模拟施工现场豆粒石等散粒体填充材料的真实状态，另外，隧道衬砌壁后填充材料的孔隙率的控制也直接影响到隧道衬砌壁后柔性填充层的力学性能，如何控制壁后填充材料的孔隙率，特别是填充的砂石被剪切时，它的孔隙率的变化情况如何，这些参数的试验获取，对现场盾构施工有着非常重要的指导意义；因此，如要准确地测定出填充材料的现场剪切强度，以及试验测定填充材料孔隙率的变化，需要开发一个同时能完成测定填充材料的剪切性能和在剪切过程中填充材料的孔隙率的变化，以达到能方便地真实地模拟现场的施工状态，为工程的设计、施工及后期养护服务；要求该测试装置，可模拟壁后豆粒石填充层在不同级配、密实程度、注浆时间、豆粒石层厚的情况下，得到剪切性能的参数和孔隙率的变化，从而获得不同条件下填充材料孔隙结构的变化及颗粒之间的位移的情况。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置，解决了现有测试装置均无法很好地模拟施工现场豆粒石等散粒体填充材料的真实状态获得填充材料压缩剪切性能参数及孔隙率变化的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案解决以上技术问题的：本专利技术的总体构思是：通过带有下箱体圆柱状内腔的矩形下箱体与带有上筒体圆柱状内腔的矩形上筒体的结合，构筑出一个封闭柱状空间，在该封闭柱状空间中填充豆粒石等隧道衬砌壁后填充材料，形成能真实模拟隧道衬砌壁后填充材料弹性支撑层的填充材料圆柱体，通过龙门架、反力架、垂直方向电控液压油缸和水平方向电控液压油缸，在填充材料圆柱体的外侧四周，构筑起一个能动态形成对填充材料圆柱体进行剪切的环境，即通过水平方向电控液压油缸对矩形下箱体的水平推动，形成对填充材料圆柱体，在一定的垂直下压力作用下，剪切破坏，得到真实模拟现场隧道盾构环境下的隧道衬砌壁后填充材料压缩剪切性能的测试模量，特别是通过水泵对圆柱体填充材料的注水使其处于饱和状态，再通过测定压缩剪切过程中水量的变化，计算得到填充材料孔隙率的变化情况，真实再现施工现场的隧道衬砌壁后填充材料的填充过程，使本试验测试参数更接近现场实际情况。一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置，包括龙门架、矩形下箱体、矩形上筒体、隧道衬砌壁后填充材料、垂直方向电控液压油缸、水平方向电控液压油缸、水泵和电控箱，在矩形下箱体内设置有下箱体圆柱状内腔，在矩形上筒体内设置有上筒体圆柱状内腔，在矩形下箱体的外侧壁顶端固定设置有带穿接孔的下箱体悬臂耳，在矩形上筒体的外侧壁顶端固定设置有带穿接孔的上箱体悬臂耳，在龙门架内的地面上固定设置有钢板测试台，在钢板测试台上等间隔地设置有支撑辊，在支撑辊上设置有矩形下箱体，在矩形下箱体上设置有矩形上筒体，下箱体圆柱状内腔与上筒体圆柱状内腔对应组成一个封闭柱状空间，在封闭柱状空间中填充有豆粒石等隧道衬砌壁后填充材料，在封闭柱状空间上端的隧道衬砌壁后填充材料中，预埋有垂直压力测试传感器，在封闭柱状空间左端的隧道衬砌壁后填充材料中，预埋有水平压力测试传感器，在上筒体圆柱状内腔的上端内腔中设置有活塞式传压板，在活塞式传压板与龙门架的顶梁之间设置有垂直方向电控液压油缸，在矩形下箱体的左侧壁与龙门架的左立柱之间设置有水平方向电控液压油缸，在矩形上筒体的右侧壁与龙门架的右立柱之间设置有水平方向反力架，在活塞式传压板上设置有注浆口，在注浆口上设置有注浆口封闭盖，在矩形下箱体上设置有注水口，注水口与下箱体圆柱状内腔连通在一起，在注水口与水泵之间连接有注水管；在矩形上筒体的侧壁上设置有竖直向上伸出导水管，竖直向上伸出导水管与上筒体圆柱状内腔连通在一起，垂直方向电控液压油缸、水平方向电控液压油缸、水泵、垂直压力测试传感器和水平压力测试传感器分别与电控箱电连接在一起。在矩形上筒体的侧壁上设置有上筒体凝胶注入口，在上筒体凝胶注入口上设置有上筒体凝胶注入口封闭盖，在矩形下箱体的侧壁上设置有下箱体凝胶注入口，在下箱体凝胶注入口上设置有下箱体凝胶注入口封闭盖；在矩形下箱体的侧壁顶端面与矩形上筒体的侧壁底端面之间设置有润滑脂层；在上筒体圆柱状内腔的内侧壁上设置有榫头，在下箱体圆柱状内腔的内侧壁上设置有榫头；在下箱体圆柱状内的内侧壁上端与上筒体圆柱状内腔的内侧壁下端之间设置有密封圈。在矩形下箱体的侧壁顶端面上设置有滚珠下嵌入槽，在矩形上筒体的侧壁底端面上设置有滚珠上嵌入槽，在滚珠下嵌入槽与滚珠上嵌入槽之间设置有滚珠；在带穿接孔的上箱体悬臂耳与带穿接孔的下箱体悬臂耳之间活动穿接有固定销。一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验方法，包括以下步骤：第一步、在龙门架内的地面上固定设置钢板测试台，在钢板测试台上等间隔地布置支撑辊，在支撑辊上活动放置矩形下箱体；第二步、根据盾构现场壁后填充材料的配合比，将配置好的豆粒石倒入到矩形下箱体中的下箱体圆柱状内腔中，倒入的豆粒石的上顶面要与箱口平齐，在矩形下箱体的侧壁顶端面上设置的滚珠下嵌入槽中放置滚珠；将矩形上筒体放置到矩形下箱体上，使滚珠的上半部分嵌入到矩形上筒体的侧壁底端面上设置的滚珠上嵌入槽中，并使下箱体圆柱状内腔与上筒体圆柱状内腔对应组成一个封闭柱状空间，在下箱体圆柱状内腔的内侧壁上端与上筒体圆柱状内腔的内侧壁下端之间设置密封圈，将固定销插接在上箱体悬臂耳的穿接孔与下箱体悬臂耳的穿接孔之间；将组合在一起的矩形上筒体和矩形下箱体向左移动，使固定在龙门架的右立柱上的水平方向反力架的左端与矩形上筒体的左侧面顶接在一起；继续将配置好的豆粒石倒入到上筒体圆柱状内腔中，使倒入的豆粒石的上顶面与上筒体圆柱状内腔的上端口平齐，将活塞式传压板嵌入到上筒体圆柱状内腔的上端口中；第三步、通过电控箱控制水泵开启，向封闭柱状空间内注入水，观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置，包括龙门架（1）、矩形下箱体（4）、矩形上筒体（7）、隧道衬砌壁后填充材料、垂直方向电控液压油缸（15）、水平方向电控液压油缸（16）、水泵（27）和电控箱（18），在矩形下箱体（4）内设置有下箱体圆柱状内腔（5），在矩形上筒体（7）内设置有上筒体圆柱状内腔（8），在矩形下箱体（4）的外侧壁顶端固定设置有带穿接孔的下箱体悬臂耳（6），在矩形上筒体（7）的外侧壁顶端固定设置有带穿接孔的上箱体悬臂耳（9），其特征在于，在龙门架（1）内的地面上固定设置有钢板测试台（2），在钢板测试台（2）上等间隔地设置有支撑辊（3），在支撑辊（3）上设置有矩形下箱体（4），在矩形下箱体（4）上设置有矩形上筒体（7），下箱体圆柱状内腔（5）与上筒体圆柱状内腔（8）对应组成一个封闭柱状空间（11），在封闭柱状空间（11）中填充有隧道衬砌壁后填充材料，在封闭柱状空间（11）上端的隧道衬砌壁后填充材料中，预埋有垂直压力测试传感器（13），在封闭柱状空间（11）左端的隧道衬砌壁后填充材料中，预埋有水平压力测试传感器（12），在上筒体圆柱状内腔（8）的上端内腔中设置有活塞式传压板（24），在活塞式传压板（24）与龙门架（1）的顶梁之间设置有垂直方向电控液压油缸（15），在矩形下箱体（4）的左侧壁与龙门架（1）的左立柱之间设置有水平方向电控液压油缸（16），在矩形上筒体（7）的右侧壁与龙门架（1）的右立柱之间设置有水平方向反力架（17），在活塞式传压板（24）上设置有注浆口（14），在注浆口（14）上设置有注浆口封闭盖，在矩形下箱体（4）上设置有注水口（25），注水口（25）与下箱体圆柱状内腔（5）连通在一起，在注水口（25）与水泵（27）之间连接有注水管（26）；在矩形上筒体（7）的侧壁上设置有竖直向上伸出导水管（28），竖直向上伸出导水管（28）与上筒体圆柱状内腔（8）连通在一起，垂直方向电控液压油缸（15）、水平方向电控液压油缸（16）、水泵（27）、垂直压力测试传感器（13）和水平压力测试传感器（12）分别与电控箱（18）电连接在一起。/n...

【技术特征摘要】
1.一种测量衬砌填充材料压缩剪切性能及孔隙率变化的试验装置，包括龙门架（1）、矩形下箱体（4）、矩形上筒体（7）、隧道衬砌壁后填充材料、垂直方向电控液压油缸（15）、水平方向电控液压油缸（16）、水泵（27）和电控箱（18），在矩形下箱体（4）内设置有下箱体圆柱状内腔（5），在矩形上筒体（7）内设置有上筒体圆柱状内腔（8），在矩形下箱体（4）的外侧壁顶端固定设置有带穿接孔的下箱体悬臂耳（6），在矩形上筒体（7）的外侧壁顶端固定设置有带穿接孔的上箱体悬臂耳（9），其特征在于，在龙门架（1）内的地面上固定设置有钢板测试台（2），在钢板测试台（2）上等间隔地设置有支撑辊（3），在支撑辊（3）上设置有矩形下箱体（4），在矩形下箱体（4）上设置有矩形上筒体（7），下箱体圆柱状内腔（5）与上筒体圆柱状内腔（8）对应组成一个封闭柱状空间（11），在封闭柱状空间（11）中填充有隧道衬砌壁后填充材料，在封闭柱状空间（11）上端的隧道衬砌壁后填充材料中，预埋有垂直压力测试传感器（13），在封闭柱状空间（11）左端的隧道衬砌壁后填充材料中，预埋有水平压力测试传感器（12），在上筒体圆柱状内腔（8）的上端内腔中设置有活塞式传压板（24），在活塞式传压板（24）与龙门架（1）的顶梁之间设置有垂直方向电控液压油缸（15），在矩形下箱体（4）的左侧壁与龙门架（1）的左立柱之间设置有水平方向电控液压油缸（16），在矩形上筒体（7）的右侧壁与龙门架（1）的右立柱之间设置有水平方向反力架（17），在活塞式传压板（24）上设置有注浆口（14），在注浆口（14）上设置有注浆口封闭盖，在矩形下箱体（4）上设置有注水口（...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文帅，孟宪彪，黄少东，封坤，陈龙，徐凯，王胤丞，冯永胜，张光，谢晋水，赵霞，陈浩铭，
申请(专利权)人：中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，西南交通大学，
类型：新型
国别省市：北京;11