一种全尺寸隧道足尺模型试验装备及试验方法技术

本发明专利技术涉及试验装备技术领域，尤其是涉及一种全尺寸隧道足尺模型试验装备及试验方法。试验装备包括反力结构和加载设备；通过调整模块构件的长度，及多个模块构件组合形成反力结构。通过构件模块化组合、构件长度可变的反力结构设计，可在大部分构件交叉使用的前提下，形成适应不同隧道形状、不同外径的试验试件的反力结构，可大幅提高足尺模型试验装备形状适应能力。千斤顶延长杆与反力结构角度可调，试验前可根据试件形状调整加载设备与反力结构水平方向夹角、净距，试验过程中可自动修正试件变形导致的加载设备的千斤顶偏位，进一步提高足尺模型试验装备形状适应能力和试验准备阶段工作效率。阶段工作效率。阶段工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种全尺寸隧道足尺模型试验装备及试验方法


[0001]本专利技术涉及试验装备
，尤其是涉及一种全尺寸隧道足尺模型试验装备及试验方法。

技术介绍

[0002]在隧道工程领域，由于假定少、结果直观，足尺模型试验一直是最有效的研究手段之一。隧道足尺模型试验是采用真实隧道结构构件进行的大规模试验，离不开试验装备及配套方法的支撑。
[0003]目前的主流的隧道足尺模型试验将隧道试件水平放置，采用垂直试件弧面的液压千斤顶进行试验加载，千斤顶反力有两种方式进行平衡：1、千斤顶反力作用于试件外侧闭合的反力系统(反力框架或反力基坑)实现平衡，例如专利CN205562159U、CN110618037A；2、千斤顶反力通过拉杆传递到位于试件中心的闭合环形结构，通过千斤顶反力的对称张拉实现平衡，例如专利CN203465148U、CN105910838A。
[0004]隧道足尺模型试验装备在支撑足尺模型试验的同时，也对足尺模型试验产生诸多限制，与如今隧道外径、形状、受力工况日益多样化的发展趋势相矛盾：1、早期试验装备灵活性不佳，进行不同形状、尺寸隧道试件试验或移动、转动、增加加载点位时，需要新增设备构件甚至重新制作试验核心构件；2、早期试验装备试验荷载施加后，不能根据试验试件变形实时反馈调整试验荷载，与隧道受力
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变形
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荷载反馈的真实情况相悖。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种全尺寸隧道足尺模型试验装备，该试验装备能够解决现有技术中存在的问题；
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种全尺寸隧道足尺模型试验方法，其采用如以上所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备进行足尺模型试验。
[0007]本专利技术提供了一种全尺寸隧道足尺模型试验装备，其包括反力结构和加载设备，所述加载设备与反力结构连接；
[0008]所述反力结构包括多个模块构件，通过调整模块构件的长度，及多个模块构件组合形成反力结构。
[0009]优选的，所述加载设备通过延长杆与反力结构连接，延长杆与反力结构拆卸连接，且两者之间的角度可调。
[0010]优选的，所述反力结构在竖直方向上分层设置，在水平方向上，每一层均为闭合环状结构。
[0011]优选的，所述模块构件包括直线段模块和曲线段模块，直线段模块和曲线段模块拼接组成环状结构。
[0012]优选的，所述直线段模块为长度可调结构。
[0013]优选的，所述直线段模块包括多段直线段构件，且相邻直线段构件之间为伸缩连
接结构。
[0014]优选的，各层反力结构之间通过立柱连接，且底层反力结构与地面之间设置有底座。
[0015]优选的，所述加载设备包括千斤顶及控制系统，且千斤顶加载导致试件变形时，通过加载控制系统实时反馈调整各个千斤顶的荷载。
[0016]每层反力结构内侧均对应的设置有一层千斤顶层。
[0017]优选的，所述延长杆通过快速接头与反力结构连接，所述快速接头与延长杆、反力结构均拆卸连接。
[0018]优选的，所述快速接头包括固定座和活络端，所述活络端相对于固定座角度可调。
[0019]千斤顶延长杆与反力结构的角度调整是通过设置活络端，以及在快速接头固定座与反力结构之间增加垫板实现的，使千斤顶延长杆与反力结构的角度调整在试验全过程均可实现；
[0020]试验前：增加垫块等方式改变快速接头固定座与反力结构夹角。
[0021]一种全尺寸隧道足尺模型试验方法，该方法采用如以上所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备进行试验，其包括以下步骤：
[0022]水平放置试验试件；
[0023]通过模块构件长度变化及模块构件之间的组合，形成试验试件所需的竖直方向分层、水平方向闭合的反力结构；
[0024]试验试件外侧垂直试件弧面安装加载设备，加载设备的千斤顶固定端通过延长杆固定于反力结构，延长杆与反力结构通过快速接头连接；
[0025]试验过程中，使千斤顶对隧道试件施加预定试验荷载，模拟预定隧道状态；
[0026]千斤顶加载导致试件变形时，通过加载控制系统实时反馈调整各个千斤顶的荷载，进而模拟隧道变形后地层的抗力作用；
[0027]当试件变形导致千斤顶偏位时，通过快速接头活络端和底座之间转动进行修正。
[0028]有益效果：
[0029]通过构件模块化组合、构件长度可变的反力结构设计，可在大部分构件交叉使用的前提下，形成适应不同隧道形状(圆形、矩形、类矩形、马蹄形等)、不同外径的试验试件的反力结构，构造简单，分形合理，可大幅提高足尺模型试验装备形状适应能力。
[0030]千斤顶延长杆与反力结构角度可调，试验前可根据试件形状调整加载设备与反力结构水平方向夹角、净距，试验过程中可自动修正试件变形导致的加载设备的千斤顶偏位，进一步提高足尺模型试验装备形状适应能力和试验准备阶段工作效率。
[0031]在试验方法中，加载控制系统可编程输入千斤顶荷载
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位移增量关系曲线，当特定荷载下试验试件发生明显变形时，实时反馈调整各个千斤顶的荷载，进而模拟隧道变形后地层的抗力作用，大幅提高了足尺模型试验荷载模拟质量。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术的具体实施方式提供的全尺寸隧道足尺模型试验装备的整体方案三维示图；
[0034]图2为本专利技术的具体实施方式提供的全尺寸隧道足尺模型试验装备整体方案平面图；
[0035]图3为本专利技术的具体实施方式提供的全尺寸隧道足尺模型试验装备整体方案断面图；
[0036]图4为本专利技术的具体实施方式提供的全尺寸隧道足尺模型试验装备的断面加强方案断面图；
[0037]图5为本专利技术的具体实施方式提供的反力结构模块的俯视图，其中图5a为曲线段模块，图5b为直线段模块；
[0038]图6为本专利技术的具体实施方式提供的反力结构模块的正视图；
[0039]图7为本专利技术的具体实施方式提供的直线段模块改变长度示意图，其中图7a为展开状态的俯视图，图7b为展开状态的正视图，图7c为收回状态的俯视图；
[0040]图8为本专利技术的具体实施方式提供的千斤顶台架工作示意图，图8a是台架一个工作状态正视图，图8b是图8a台架工作状态俯视图；图8c是台架另一个工作状态正视图，图8d是图8c台架工作状态俯视图；
[0041]图9为本专利技术具体实施方式提供的延长杆
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反力结构快速接头俯视图；
[0042]图10为本专利技术具体实施方式提供的一种组合方案及覆盖试件对象示意图，其中图10a为外径为6m的圆形试件，图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，包括反力结构和加载设备，所述加载设备与反力结构连接；所述反力结构包括多个模块构件，通过调整模块构件的长度，及多个模块构件组合形成反力结构。2.根据权利要求1所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，所述加载设备通过延长杆与反力结构连接，延长杆与反力结构拆卸连接，且两者之间的角度可调。3.根据权利要求2所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，所述反力结构在竖直方向上分层设置，在水平方向上，每一层均为闭合环状结构。4.根据权利要求3所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，所述模块构件包括直线段模块和曲线段模块，直线段模块和曲线段模块拼接组成环状结构。5.根据权利要求4所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，所述直线段模块为长度可调结构。6.根据权利要求5所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，所述直线段模块包括多段直线段构件，且相邻直线段构件之间为伸缩连接结构。7.根据权利要求3所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备，其特征在于，各层反力结构之间通过立柱连接，且底层反力结构与地面之间设置有底座。8.根据权利要求3所述的全尺寸隧道足尺模型试验装备...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞小朝，顾问天，王康任，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：