本发明专利技术公开了一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，包括第一剪切箱、第二剪切箱以及反力架；所述第一剪切箱和第二剪切箱分别用于容置围岩和混凝土管片，且所述第一剪切箱位于所述第二剪切箱的顶部上方；所述反力架固定于工作面上，其顶部与所述第一剪切箱顶面之间设有竖向伺服机，以施加竖向压力；所述反力架其中一个侧面与所述第一剪切箱之间设有固定横撑，所述反力架相对的另一侧面与所述第二剪切箱之间设有水平伺服机，以施加水平力，实现盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切。本发明专利技术还公开了一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的方法，可真实有效的去模拟盾构隧道管片与围岩接触面的相对滑移，并获取剪切力学参数。
【技术实现步骤摘要】
测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置及方法
本专利技术属于盾构隧道内测量材料力学性能的装置
，更具体地，涉及一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置及方法。
技术介绍
盾构法因断面成型好、信息化程度高、安全高效等特点，在大埋深、软弱围岩等复杂条件下的深埋长大隧洞（道）建设中应用越来越多。但软弱地层在围岩物理力学性质、赋存状态等方面较为脆弱，众多工程实例表明，盾构隧道在大埋深土层或软弱岩层中施工会面临较大的压缩剪切作用，在盾构隧道结构设计中，该压缩剪切作用关系在管片环拼装、脱环后仍会继续发展、变化，尚无合理的理论方法表征，是目前制约盾构隧道管片结构分析的一大难题，如取值不当，可能造成管片结构分析结果失当、对于盾构隧道的安全性带来巨大风险。因此，研究大埋深条件下盾构开挖过程隧洞围岩的变形和破坏机理具有重要意义，其中，准确测试和评价隧道衬砌与围岩的剪切力学性能是十分必要的关键问题。鉴于上述原因，为了获取盾构隧道管片与围岩之间的剪切力学参数，需观测不同围岩、不同管片幅宽、不同管片厚度的影响情况，在此条件上定性分析材料结构性的变化及在外力作用下产生的相对位移，目前的室内压缩剪切试验中，还未见用于测试盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性能的设备和方法。综上，如能真实有效地去模拟盾构隧道管片与围岩接触面的相对滑移，得到精确的压缩剪切作用关系与性能参数，针对工程实例和问题开发一种能测试其接触面的压缩剪切力学参数的试验装置尤为必要。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置及方法，可真实有效的去模拟盾构隧道管片与围岩接触面的相对滑移，获取盾构隧道管片与围岩之间的剪切力学参数。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方法，提供一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，包括第一剪切箱、第二剪切箱以及设于所述第一剪切箱、第二剪切箱的外围的反力架；所述第一剪切箱和第二剪切箱分别用于容置围岩和混凝土管片，且所述第一剪切箱位于所述第二剪切箱的顶部上方；所述反力架固定于工作面上，其顶部与所述第一剪切箱顶面之间设有竖向伺服机，以施加竖向压力；所述反力架其中一个侧面与所述第一剪切箱之间设有固定横撑，所述反力架相对的另一侧面与所述第二剪切箱之间设有水平伺服机，以施加水平力，实现盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切。进一步地，所述第一剪切箱顶部嵌有传压板，且所述第一剪切箱内部设有竖向压力传感器；所述第二剪切箱内部设有水平压力传感器。进一步地，所述竖向压力传感器与第一剪切箱顶面平行，所述水平压力传感器与第二剪切箱侧面平行。进一步地，所述竖向压力传感器设于第一剪切箱内部靠近竖向伺服机的一侧，所述水平压力传感器设于第一剪切箱内部靠近水平伺服机的一侧。进一步地，所述第一剪切箱和第二剪切箱通过侧边的固定螺栓连接。进一步地，所述第二剪切箱的底部设有滑轮，并放置于与其匹配的导轨上。进一步地，所述第二剪切箱内预留有注入砂浆和油脂的注浆孔，且所述注浆孔通过对应的导管与液压装置连接。进一步地，所述第一剪切箱和第二剪切箱涂抹有润滑剂以减少剪切过程中剪切箱之间的摩擦力，还设置隔水垫以防止在注入油脂或砂浆时从上下剪切箱接触面缝隙处流出。进一步地，所述水平伺服机、竖向伺服机及液压装置均与仪器控制台通过线缆实现电连接。按照本专利技术的另一个方面，提供一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的方法，应用于所述测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，包括如下步骤：S1将现场取回的岩石进行处理，并根据管片厂提供的盾构隧道管片的配合比浇筑混凝土圆柱试件；S2将制备并处理好的岩石和混凝土分别放置于第一剪切箱和第二剪切箱内，在第一剪切箱内设置竖向压力传感器，在第二剪切箱设置水平压力传感器，并在上下剪切箱的接触面涂上润滑剂，放置好隔水垫；S3将所述第二剪切箱放置在导轨上，并固定好滑轮的位置，然后将所述第一剪切箱放置于所述第二剪切箱的上部，并固定上下剪切箱；S4利用仪器控制台控制水平伺服机和竖向伺服机向上下剪切箱靠近，通过竖向压力传感器和水平压力传感器监测伺服机刚好压实第一剪切箱与固定横撑；S5若盾构隧道管片与围岩接触面需填充油脂或砂浆，则通过液压装置从第二剪切箱预留的注浆孔处注入油脂或砂浆；S6继续控制所述竖向伺服机对第一剪切箱内的材料施力直至对材料压缩到指定厚度或到达指定压力后停止，控制水平伺服机对第二剪切箱施加水平力直至上下剪切箱发生滑移；S7通过所述第二剪切箱内的水平压力传感器得到材料破环时所受剪切应力，通过仪器控制台得到材料破环时所受水平位移，最终得到盾构隧道管片与围岩接触面的剪切模量。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，采用上下设置的剪切箱分别容置围岩和盾构隧道管片，通过顶部设置的竖向伺服机和侧面的水平伺服机作用于对应的箱体，并可用压力传感器反馈位移通过位移控制伺服，可真实有效的去模拟盾构隧道管片与围岩接触面的相对滑移，获取盾构隧道管片与围岩之间的剪切力学参数。本专利技术的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的方法，剪切试验前，上下剪切箱通过侧边的固定螺栓连接，用于固定上下剪切箱的相对位置，以便保持在未剪切时不会产生相对位移；剪切试验时，利用仪器控制台控制水平伺服机和竖向伺服机，通过竖向压力传感器和水平压力传感器监测伺服机刚好压实第一剪切箱与固定横撑，再进一步控制竖向伺服机向下直到达到指定的压力，再控制水平伺服机对第二剪切箱施加水平力，直至上下剪切箱发生滑移。通过水平压力传感器得到材料破环时所受剪切应力，通过仪器控制台得到材料破环时所受水平位移，最终得到盾构隧道管片与围岩接触面的剪切模量。附图说明图1为本专利技术实施例的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置结构示意图；图2为本专利技术实施例的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置。在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-第一剪切箱、2-第二剪切箱、3-传压板、4-竖向压力传感器、5-水平压力传感器、6-固定螺栓、7-滑轮、8-导轨、9-注浆孔、10-导管、11-液压装置、12-水平伺服机、13-竖向伺服机、14-横撑、15-反力架、16-仪器控制台。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，包括第一剪切箱（1）、第二剪切箱（2）以及设于所述第一剪切箱（1）、第二剪切箱（2）的外围的反力架（15）；/n所述第一剪切箱（1）和第二剪切箱（2）分别用于容置围岩和混凝土管片，且所述第一剪切箱（1）位于所述第二剪切箱（2）的顶部上方；/n所述反力架（15）固定于工作面上，其顶部与所述第一剪切箱（1）顶面之间设有竖向伺服机（13），以施加竖向压力；所述反力架（15）其中一个侧面与所述第一剪切箱（1）之间设有固定横撑（14），所述反力架（15）相对的另一侧面与所述第二剪切箱（2）之间设有水平伺服机（12），以施加水平力，实现盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切。/n
【技术特征摘要】
1.一种测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，包括第一剪切箱（1）、第二剪切箱（2）以及设于所述第一剪切箱（1）、第二剪切箱（2）的外围的反力架（15）；
所述第一剪切箱（1）和第二剪切箱（2）分别用于容置围岩和混凝土管片，且所述第一剪切箱（1）位于所述第二剪切箱（2）的顶部上方；
所述反力架（15）固定于工作面上，其顶部与所述第一剪切箱（1）顶面之间设有竖向伺服机（13），以施加竖向压力；所述反力架（15）其中一个侧面与所述第一剪切箱（1）之间设有固定横撑（14），所述反力架（15）相对的另一侧面与所述第二剪切箱（2）之间设有水平伺服机（12），以施加水平力，实现盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切。
2.根据权利要求1所述的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，所述第一剪切箱（1）顶部嵌有传压板（3），且所述第一剪切箱（1）内部设有竖向压力传感器（4）；所述第二剪切箱（2）的内部设有水平压力传感器（5）。
3.根据权利要求2所述的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，所述竖向压力传感器（4）与第一剪切箱（1）顶面平行，所述水平压力传感器（5）与第二剪切箱（2）侧面平行。
4.根据权利要求2或3所述的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，所述竖向压力传感器（4）设于第一剪切箱（1）内部靠近竖向伺服机（13）的一侧，所述水平压力传感器（5）设于第一剪切箱（2）内部靠近水平伺服机（12）的一侧。
5.根据权利要求4所述的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，所述第一剪切箱（1）和第二剪切箱（2）通过侧边的固定螺栓（6）连接。
6.根据权利要求1或5所述的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，所述第二剪切箱（2）的底部设有滑轮（7），并放置于与其匹配的导轨（8）上。
7.根据权利要求6所述的测量盾构隧道管片与围岩接触面压缩剪切性的装置，其特征在于，所述第二剪切箱（2）内预留有注入砂浆和油脂的注浆孔（9），且所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张迪，谢俊，肖明清，孙峰，殷杰，徐斯坤，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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