一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，包括：隧道结构模型，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在隧道结构模型内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接。模型箱，竖直设置于隧道结构模型上部，且其左右两端的宽度宽于隧道结构模型的宽度。该试验平台尺寸足够大，可考虑诸如偏压隧道等复杂地形；可根据隧道现场实际工况进行防冻保温隔热模拟。际工况进行防冻保温隔热模拟。际工况进行防冻保温隔热模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台


[0001]本专利技术属于隧道灾害治理
，具体涉及一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台。

技术介绍

[0002]国内很多实验室开展了冻融循环对围岩和混凝土力学性能方面的影响的研究，但目前试验手段主要还是以制作小型试件为主进行冻融试验。快冻法混凝土抗冻性能试验按规定进行，即试件应在28天龄期时开始冻融试验，冻融试验前应先在15～20℃的水中浸泡试件，浸泡4天完毕后取出试件，称重，按规定测定其横向基频的初始值。然后将试件放到试件盒内，为了使试件受温均衡，并消除试件周围因水分结冰引起的附加应力，试件的侧面与底部应垫放橡胶板，在整个试验过程中，盒内水位高度应始终保持高出试件顶面5毫米左右。把试件盒放入冻融箱内，即可开始冻融循环。冻融循环过程可按照相关规定进行。
[0003]这种试验方法主要是针对小型试件混凝土或岩石，且温度传递直接作用于混凝土和岩石表面，与隧道工程现场工况(隧道混凝土结构周围分布有覆土或围岩)不符，既缺乏荷载作用，又缺乏传播介质，试验结果失真。目前仍欠缺能够模拟在冻融循环环境作用下隧道模拟试验平台。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，试验平台尺寸足够大，可考虑诸如偏压隧道等复杂地形；可根据隧道现场实际工况进行防冻保温隔热模拟。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，包括：隧道结构模型，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在隧道结构模型内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接。
[0006]模型箱，竖直设置于隧道结构模型上部，且其左右两端的宽度宽于隧道结构模型的宽度；其包括横向立板、纵向立板和岩土体相似材料；横向立板为两个，位于两端的两个隧道洞口处，且位于初期支护外侧，各底部环绕于初期支护；两个横向立板相平行，其左右长度均大于隧道结构模型的宽度；
[0007]纵向立板为两个，均为竖直向设置的板体，位于两个横向立板间，且位于横向立板的左右端部，其相平行，各纵向立板的端部与横向立板的端部相贴合连接，纵向立板与横向立板及隧道结构模型间形成上端敞口的模型箱，在模型箱的顶部还设置有预制盖板；岩土体相似材料，填满于模型箱内，其与待验证隧道地层的岩土体相似。
[0008]进一步地，在各横向立板的左右端及上端沿竖向及横向走向间隔开设有多个纵向通孔，两个横向立板上的通孔的位置相对称，对称的两个通孔内均纵向贯通设置有用于加热或冷却的管道，位于一横向立板端的各管道的端部封闭，位于另一横向立板端的各管道
的端部为敞口状，且敞口的一端与制冷装置或加热装置相连接。
[0009]进一步地，各横向立板的外侧壁与其所在端的隧道洞口的外侧壁相平齐。
[0010]进一步地，在岩土体相似材料中埋设有冻胀力测量装置，用于测试土体冻胀过程中冻胀力的大小和温度，冻胀力测量装置与控制器相连接，控制器设置于模型箱外。
[0011]进一步地，该隧道结构模型在纵向上为一段或者相连接的多段，当为多段时，多段的结构设置不同。
[0012]本专利技术还公开了上述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
[0013]步骤一、以待验证隧道为基准，按照比例缩放，在实验室地面施做隧道结构模型，隧道结构模型1的纵向的前后两端为隧道洞口，且两个隧道洞口均与外界相连通；
[0014]步骤二、在隧道结构模型的上方，且环绕于初期支护外侧一周施做竖直向的模型箱，具体如下：
[0015]步骤2.1、在两端的两个隧道洞口处，且位于隧道结构模型的上方环向一周立模浇筑混凝土，在各洞口端形成竖直向上的横向立板，且横向立板的左右两端均越过隧道结构模型的左右侧边；在各横向立板的左右端及上端沿竖向及横向走向间隔开设有多个纵向通孔；两个横向立板上的通孔的位置相对称，相对应位置的两个通孔与隧道结构模型外侧上方的空间相连通；
[0016]步骤2.2、在隧道结构模型的左右侧，且位于前后洞口的两个立板间的左右端，各立模浇筑混凝土，形成两个竖直向上的纵向立板，纵向立板、横向立板及隧道结构模型间形成上端敞口的模型箱；
[0017]步骤2.3、在各纵向通孔内插入用于加热或冷却的管道，位于隧道结构模型的同一端的管道的端部，一端封闭，一端敞口，将敞口的一端与制冷装置或加热装置相连接；
[0018]步骤2.4、在模型箱内填满与待待验证隧道上方岩土体相似材料，且在材料中埋设冻胀力测量装置，冻胀力测量装置与控制器相连接，控制器设置于模型箱外；
[0019]步骤2.5、在模型箱的上部敞口端施做预制盖板，封闭模型箱。
[0020]本专利技术还公开了上述一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台用于冻融循环环境隧道模拟试验方法，该模拟试验方法如下：
[0021]启动制冷装置，并保持设定时长，使模型箱的边界处处于低温环境，低温热量依次传递至岩土体相似的材料和隧道结构模型；然后关闭制冷装置，启动加热装置，并保持规定时长，使模型箱的边界处处于高温环境，且热量依次传递至岩土体相似材料和隧道结构模型；依次交替启动制冷装置和加热装置，使岩土体相似材料和隧道结构模型处在冻融循环过程；由控制器得出冻融循环过程的监测数据，监测数据用于判断温度
‑
冻胀力之间的关系，用于得出隧道结构模型中隧道衬砌位移和内力变化；且在隧道结构模型为多段时，由监测数据得出在冻融循环过程中隧道衬砌位移和内力变化最小的一段，以作为待验证隧道选择结构设置的依据。
[0022]本专利技术的有益效果是：1.试验平台尺寸足够大，可考虑模拟诸如偏压隧道等复杂地形，岩土体内可根据需要布设软弱地层、节理、裂隙、断层、空洞等不利地质因素，即考虑了隧道荷载作用。2.可根据隧道现场实际工况进行防冻保温隔热模拟。3.在考虑了隧道荷载作用的前提下，通过调节温度模拟冻融循环，温度通过岩土体相似材料(介质)传导至隧
道结构内，更贴近隧道现场工况，试验结果更真实可靠。4.通过在土体中埋设冻胀力测量装置研究温度
‑
冻胀力之间的关系；在隧道结构模型埋设隧道衬砌性态测量装置，研究隧道结构受力变形情况。通过这些测量结果分析寻找隧道保温板较好的布设方案，可为工程现场提供技术指导和参考。
附图说明
[0023]图1是冻融循环环境隧道模拟试验平台横断面示意图；
[0024]图2是冻融循环环境隧道模拟试验平台隧道洞口横断面示意图；
[0025]图3是冻融循环环境隧道模拟试验平台纵断面示意图；
[0026]其中：1.隧道结构模型；2.模型箱；2
‑
1.横向立板；2
‑
2.纵向立板；3.岩土体相似材料；4.管道。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，包括：隧道结构模型(1)，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个所述隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在所述隧道结构模型(1)内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；所述位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接；模型箱(2)，竖直设置于所述隧道结构模型(1)上部，且其左右两端的宽度宽于所述隧道结构模型(1)的宽度；其包括横向立板(2
‑
1)、纵向立板(2
‑
2)和岩土体相似材料(3)；所述横向立板(2
‑
1)为两个，位于两端的两个所述隧道洞口处，且位于初期支护外侧，各底部环绕于所述初期支护；两个所述横向立板(2
‑
1)相平行，其左右长度均大于所述隧道结构模型(1)的宽度；所述纵向立板(2
‑
2)为两个，均为竖直向设置的板体，位于两个所述横向立板(2
‑
1)间，且位于所述横向立板(2
‑
1)的左右端部，其相平行，各所述纵向立板(2
‑
2)的端部与所述横向立板(2
‑
1)的端部相贴合连接，所述纵向立板(2
‑
2)与横向立板(2
‑
1)及隧道结构模型(1)间形成上端敞口的模型箱(2)，在所述模型箱(2)的顶部还设置有预制盖板；岩土体相似材料(3)，填满于所述模型箱(2)内，其与待验证隧道地层的岩土体相似。2.根据权利要求1所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，在各所述横向立板(2
‑
1)的左右端及上端沿竖向及横向走向间隔开设有多个纵向通孔，两个所述横向立板(2
‑
1)上的通孔的位置相对称，对称的两个所述通孔内均纵向贯通设置有用于加热或冷却的管道，位于一所述横向立板(2
‑
1)端的各所述管道的端部封闭，位于另一所述横向立板(2
‑
1)端的各所述管道的端部为敞口状，且敞口的一端与制冷装置或加热装置相连接。3.根据权利要求2所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，各所述横向立板(2
‑
1)的外侧壁与其所在端的隧道洞口的外侧壁相平齐。4.根据权利要求3所述的一种冻融循环环境隧道模拟试验平台，其特征在于，在所述岩土体相似材料(3)中埋设有冻胀力测量装置，用于测试土体冻胀过程中冻胀力的大小和温度，所述冻胀力测量装置与控制器相连接，所述控制器设置于模型箱(2)外。5.根据权利要求4所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，所述隧道结构模型(1)在纵向上为一段或者相连接的多段，当为多段时，多段的...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛富生，卓越，潘岳，邹翀，刘永胜，王华，杨朝帅，杨泽平，何伟，贺雄飞，谢韬，李荆，尚伟，
申请(专利权)人：中铁隧道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：