本实用新型专利技术公开了一种深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置。它包括立体空壳结构的反力墙，所述反力墙内腔中心处设有竖直布置的空心筒状衬砌结构，且衬砌结构高度与反力墙内腔高度相同、端面齐平，使反力墙上下内壁与衬砌结构内壁之间形成内注水加压腔；所述衬砌结构空心筒上端对应的反力墙上设有内水压力加载机构，模拟隧洞内水压力作用；所述衬砌结构外壁设有透水混凝土结构的立体围岩层，所述围岩层四周外侧至反力墙四周内壁之间设有围岩压力油压加载机构，通过向围岩层进行挤压，模拟隧洞外围岩压力作用。该仿真装置能够模拟实际环境中隧洞围岩与输水隧洞衬砌结构在内水压力和围岩压力单独作用或共同作用下的受力特点。力特点。力特点。
【技术实现步骤摘要】
深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置
[0001]本技术涉及长距离输水隧洞试验结构模型
，具体地指一种深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置。
技术介绍
[0002]随着我国经济发展和城市化进程的加快，城市及工业用水量迅速增加，长距离输水工程是解决用水量迅速增加的主要措施之一。长距离输水隧洞大多要穿越西部地质构造背景复杂的山岭地区，隧洞埋深大、地应力高，且地质条件复杂，隧洞运行过程中围岩
‑
衬砌结构将承受较大的内水压力输水和围岩压力，围岩
‑
衬砌结构稳定与否直接关系到整个输水工程能否实施。寻找行之有效的输水隧洞模型就十分重要，目前的输水隧洞模型存在一定的弊端：其一，输水隧洞模型的稳定性和密封性往往达不到设计要求，导致高内水压力难以加载到所需的数值，不能很好的反映出围岩衬砌结构在实际复杂荷载下的受力特点和相关变形特征；其二，部分已有的结构模型采用外水压模拟围岩压力的方法直接作用在衬砌结构上进行围岩压力的加载，这与衬砌的实际承受荷载的方式不符。为此，需要研发一种能够模拟复杂内荷载作用下深埋隧洞围岩和衬砌结构联合承载仿真装置，以实现围岩和衬砌联合承担复杂内荷载及围岩荷载共同作用或单独作用下的试验功能。
技术实现思路
[0003]本技术的目的就是能够真实模拟长距离输水隧洞围岩
‑
衬砌结构被内水压力及围岩压力单独作用或共同作用，提供一种深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置。
[0004]为实现上述目的，本技术研制出了一种深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置，其特别之处在于：它包括立体空壳结构的反力墙，所述反力墙内腔中心处设有竖直布置的空心筒状衬砌结构，且衬砌结构高度与反力墙内腔高度相同、端面齐平，使反力墙上下内壁与衬砌结构内壁之间形成内注水加压腔；所述衬砌结构空心筒上端对应的反力墙上设有内水压力加载机构，通过所述内水压力加载机构向内注水加压腔进行注水加压，模拟隧洞内水压力作用；所述衬砌结构外壁设有透水混凝土结构的立体围岩层，所述围岩层四周外侧至反力墙四周内壁之间设有围岩压力油压加载机构，通过所述围岩压力油压加载机构向围岩层进行挤压，模拟隧洞外围岩压力作用。
[0005]进一步地，所述围岩压力油压加载机构包括贴合在所述围岩层四周的四块传力厚钢板，四块所述传力厚钢板与反力墙内腔之间分别贴合有能够拆卸出的四个液压钢枕，四块所述传力厚钢板和四个所述液压钢枕均安装在所述反力墙空壳内壁的固定支座上，四个所述液压钢枕均通过所述反力墙上的四个进油阀门接头分别连接压力管，四个所述压力管另一端均连接有油压力表和加压油泵。
[0006]更进一步地，所述反力墙包括一端开口且开口内壁设有凸台的立体空壳结构的反力墙主体，所述凸台上沿开口四周边设有橡胶密封凹槽，所述密封凹槽内设有与其匹配的密封钢板，所述密封钢板外侧设有与反力墙主体螺栓连接的上盖板，同时上盖板与密封钢
板之间也采用螺栓连接。
[0007]更进一步地，所述反力墙主体包括其外周壁设有呈纵横交叉结构的第一加强肋，所述反力墙主体开口端的四周外侧边缘处分别设有用于与所述上盖板连接的第一螺栓孔，所述反力墙主体内腔底端对应于衬砌结构处焊接有用于定位衬砌结构的定位钢环；所述密封钢板中心处设有注水阀门口，所述注水阀门口四周设有与衬砌结构螺栓连接的第二螺栓孔；所述上盖板包括外表面设有的呈纵横交叉结构的第二加强肋，上盖板中心处设有与注水阀门口对应的注水阀门接头，所述注水阀门接头四周设有与第二螺栓孔对应的第三螺栓孔，所述上盖板四周边沿处还设有与所述第一螺栓孔对应的第四螺栓孔。
[0008]更进一步地，所述内水压力加载机构包括设置在反力墙上盖板中心处的注水阀门接头，注水阀门接头外端通过水压力管连接有水压力表和加压水泵。
[0009]更进一步地，所述衬砌结构由钢筋混凝土浇筑成型，其包括空心筒状结构和其上下两端设有的法兰盘，所述空心筒状结构空心内径与法兰盘内径相同，法兰盘外径与所述定位钢环内径相同；其中下端的法兰盘插入所述定位钢环中，与反力墙主体内腔底部贴合，上端的法兰盘通过其上设有的第五螺栓孔与密封钢板上的第二螺栓孔和盖板上的第三螺栓孔之间采用螺栓连接，且上端的法兰盘与密封钢板之间采用橡胶密封圈进行密封；另外所述空心筒状结构外侧从下端至上端均设有灌浆圈，且灌浆圈外径与所述法兰盘外径相同。
[0010]更进一步地，所述围岩层包括从内向外依次设置的一次性透水混凝土结构和循环透水混凝土结构，所述一次性透水混凝土结构和循环透水混凝土结构均包括从下端至上端依次设置的第一垫层、第一受力层、第二受力层、第三受力层、第二垫层，其中第一垫层和第一受力层之间设有水平润滑层，第一受力层和第二受力层之间设有水平砂浆层，第二受力层和第三受力层之间设有水平砂浆层，第三受力层和第二垫层之间设有水平润滑层；所述一次性透水混凝土结构和循环透水混凝土结构的第一垫层对应于下端所述法兰盘外侧，第一受力层、第二受力层、第三受力层分别对应于所述空心筒状结构外侧，第二垫层对应于上端所述法兰盘外侧。
[0011]更进一步地，所述立体围岩层相邻方向之间设有5～10
°
角度，从而使四个方向的立体围岩层具有适宜的变形空间。
[0012]进一步地，距所述空心筒状结构上、下两端0.05～0.15m处，空心筒状结构外壁逐渐加厚至法兰盘外径。
[0013]本技术的优点在于：
[0014]1.本仿真装置能够较为精确的反映围岩
‑
衬砌结构各部分的组成，方便观察其受力特点及变形特征。
[0015]2.反力墙主体开口端设有的橡胶密封圈、密封钢板，以及衬砌结构顶端设有的法兰盘、橡胶密封圈结构对上盖板进行密封处理，使反力墙内腔能够较好地维持水压力，较好地模拟外渗水压力对衬砌结构的作用。
[0016]3.压力加载装置分为围岩压力油压加载装置和内水压力加载装置两部分，围岩压力油压加载装置采用液压钢枕挤压围岩结构传导受力的方式进行加载，内水压力加载装置采用真实水压进行加载，两种加载装置互不干扰，能够单独作用或共同作用。
[0017]4.围岩结构采用透水混凝土材料，相比普通混凝土，其特征更接近真实围岩结构，
能更好地模拟其裂缝及渗水特性。
[0018]5.衬砌结构选用与实际衬砌相同的钢筋混凝土材料，更好的模拟实际材料特性。
[0019]本技术的深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置，能够模拟实际环境中隧洞围岩与输水隧洞衬砌结构在内水压力和围岩压力单独作用或共同作用下的受力特点。
附图说明
[0020]附图1为本技术所提出的深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置的整体外观结构示意图；
[0021]附图2为图1中的反力墙主体结构示意图；
[0022]附图3为图1中的上盖板结构示意图；
[0023]附图4为本技术中的密封钢板结构示意图；
[0024]附图5为本技术中的衬砌结构示意图；
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置，其特征在于：包括立体空壳结构的反力墙(1)，所述反力墙(1)内腔中心处设有竖直布置的空心筒状衬砌结构(2)，且衬砌结构(2)高度与反力墙(1)内腔高度相同、端面齐平，使反力墙(1)上下内壁与衬砌结构(2)内壁之间形成内注水加压腔；所述衬砌结构(2)空心筒上端对应的反力墙(1)上设有内水压力加载机构(31)，通过所述内水压力加载机构(31)向内注水加压腔进行注水加压，模拟隧洞内水压力作用；所述衬砌结构(2)外壁设有透水混凝土结构的立体围岩层(4)，所述围岩层(4)四周外侧至反力墙(1)四周内壁之间设有围岩压力油压加载机构(32)，通过所述围岩压力油压加载机构(32)向围岩层(4)进行挤压，模拟隧洞外围岩压力作用。2.根据权利要求1所述的深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置，其特征在于：所述围岩压力油压加载机构(32)包括贴合在所述围岩层(4)四周的四块传力厚钢板(324)，四块所述传力厚钢板(324)与反力墙(1)内腔之间分别贴合有能够拆卸出的四个液压钢枕(321)，四块所述传力厚钢板(324)和四个所述液压钢枕(321)均安装在所述反力墙(1)空壳内壁的固定支座(120)上，四个所述液压钢枕(321)均通过所述反力墙(1)上的四个进油阀门接头(116)分别连接压力管(325)，四个所述压力管(325)另一端均连接有加压油泵(322)和油压力表(323)。3.根据权利要求2所述的深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置，其特征在于：所述反力墙(1)包括一端开口且开口内壁设有凸台的立体空壳结构的反力墙主体(11)，所述凸台上沿开口四周边设有橡胶密封凹槽(118)，所述密封凹槽(118)内设有与其匹配的密封钢板(13)，所述密封钢板(13)外侧设有与反力墙主体(11)螺栓连接的上盖板(12)，同时上盖板(12)与密封钢板(13)之间也采用螺栓连接。4.根据权利要求3所述的深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置，其特征在于：所述反力墙主体(11)包括其外周壁设有呈纵横交叉结构的第一加强肋(113)，所述反力墙主体(11)开口端的四周外侧边缘处分别设有用于与所述上盖板(12)连接的第一螺栓孔(112)，所述反力墙主体(11)内腔底端对应于衬砌结构(2)处焊接有用于定位衬砌结构(2)的定位钢环(119)；所述密封钢板(13)中心处设有注水阀门口(131)，所述注水阀门口(131)四周设有与衬砌结构(2)螺栓连接的第二螺栓孔(132)；所述上盖板(12)包括外表面设有的呈纵横交叉结构的第二加强肋(125)，上盖板(12)中心处设有与注水阀门口(131)对应的注水阀门接头(126)，所述注水阀门接头(126)四...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄书岭，吴勇进，丁秀丽，李杉，张雨霆，刘登学，秦洋，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：新型
国别省市：
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