一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及隧道工程技术领域，涉及一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置及方法，其包括含初始预制裂缝衬砌结构模型，含初始预制裂缝衬砌结构模型设有初始预制裂缝，初始预制裂缝周边布置有裂缝监测系统，裂缝监测系统包括声发射传感器和裂缝采集仪，声发射传感器和裂缝采集仪均与一数据采集仪连接；含裂缝衬砌结构模型外侧设有裂缝二次扩展激发装置，裂缝二次扩展激发装置使初始预制裂缝发生二次扩展，形成裂缝尖端

【技术实现步骤摘要】
一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，具体地说，涉及一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置及方法
。

技术介绍

[0002]由于围岩
、
地下水
、
列车振动
、
材料本身缺陷等因素，高铁隧道衬砌结构经常产生各种形状及尺寸的裂缝
。
据统计，衬砌裂缝已经成为高铁隧道病害的主要形式之一，给隧道的寿命及安全性带来了较大的隐患，也成为了广大隧道科技工作者关注的焦点
。
[0003]模型试验作为一种常用的研究手段，通过在实验室中对衬砌结构及所处环境的模拟，已被广泛应用于隧道结构承载力及安全性能研究中
。
为了保证的室内模型试验结果的真实可靠，模型试验必须高度还原实际工程中高铁隧道衬砌结构的状态，尤其是对试验结果影响较大的衬砌裂缝真实形态的模拟
。
[0004]所以，提供一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置及方法，为高铁隧道衬砌结构安全研究奠定基础，是本领域技术人员亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的内容是提供一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置及方法，其能够较佳地模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态
。
[0006]根据本专利技术的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其包括含初始预制裂缝衬砌结构模型，含初始预制裂缝衬砌结构模型设有初始预制裂缝，初始预制裂缝周边布置有裂缝监测系统，裂缝监测系统包括声发射传感器和裂缝采集仪，声发射传感器和裂缝采集仪均与一数据采集仪连接；含裂缝衬砌结构模型外侧设有裂缝二次扩展激发装置，裂缝二次扩展激发装置使初始预制裂缝发生二次扩展，形成裂缝尖端
。
[0007]作为优选，数据采集仪连接有电脑
。
[0008]作为优选，裂缝二次扩展激发装置为锤击式电磁振动器
。
[0009]作为优选，锤击式电磁振动器由小到大缓慢调整振动器参数，使初始预制裂缝发生二次扩展，形成裂缝尖端
。
[0010]作为优选，振动器参数包括频率
、
振幅和冲击力
。
[0011]本专利技术提供了一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的方法，其采用上述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，并包括以下步骤：
[0012]一
、
采用相似比
:
制备含初始预制裂缝衬砌结构模型；
[0013]二
、
根据所需要预制裂缝的尺寸，计算所需要的初始裂缝预制单元的数目，然后将裂缝预制单元进行横向
、
竖向及厚度方向的组合，得到组合装置；
[0014]三
、
采用保鲜膜将所述组合装置进行包裹，然后按照裂缝预制要求置于含初始预制裂缝衬砌结构模型中，对含初始预制裂缝衬砌结构模型进行养护；
[0015]四
、
待含初始预制裂缝衬砌结构模型养护完成后，取出所述组合装置，得到初始预
制裂缝，采用裂缝采集仪对初始预制裂缝进行初步测量，确保初始预制裂缝尺寸符合要求，实现对高铁衬砌裂缝宏观裂缝区的模拟；
[0016]五
、
将裂缝二次扩展激发装置布置于含初始预制裂缝衬砌结构模型外侧，使初始预制裂缝发生二次扩展，同时监测初始预制裂缝二次扩展状态；
[0017]六
、
当裂缝监测系统采集到裂缝扩展信号时，移除裂缝二次扩展激发装置；此时，初始预制裂缝已完成二次扩展，形成裂缝尖端，实现对高铁衬砌裂缝微裂区的模拟；
[0018]七
、
采用裂缝采集仪测量初始预制裂缝和裂缝尖端的尺寸
、
形状，此时，即可实现高度还原实际工程中高铁衬砌裂缝的真实形态
。
[0019]作为优选，裂缝预制单元为钕铁硼磁铁薄片
。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0021]本专利技术通过对室内制备的衬砌结构模型进行预制初始预制裂缝，借助裂缝预制单元可以粗略地模拟实际隧道结构形成一定尺寸的张开状态的裂缝，实现对宏观裂缝区的模拟；通过裂缝二次扩展激发装置在现有宏观裂缝的基础上扩展出含尖锐端部的裂缝，实现对微裂区的模拟，最终的预制裂缝更符合实际隧道结构中裂缝的形态
。
借助裂缝监测系统可以监测到宏观裂缝二次扩展的临界状态，采用裂缝采集仪能够测量衬砌结构模型预制裂缝最终的深度
、
宽度和贯通程度，保证预制的裂缝符合模型试验设计要求
。
附图说明
[0022]图1为实施例中一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置的结构示意图；
[0023]图2为实施例中裂缝监测系统的结构示意图；
[0024]图3为实施例中裂缝预制单元和组合装置的结构示意图
。
具体实施方式
[0025]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述
。
应当理解的是，实施例仅仅是对本专利技术进行解释而并非限定
。
[0026]实施例
[0027]如图1和图2所示，本实施例提供了一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其包括含初始预制裂缝衬砌结构模型5，含初始预制裂缝衬砌结构模型5设有初始预制裂缝
11
，初始预制裂缝
11
周边布置有裂缝监测系统6，裂缝监测系统6包括声发射传感器7和裂缝采集仪8，声发射传感器7和裂缝采集仪8均与一数据采集仪9连接；含裂缝衬砌结构模型5外侧设有裂缝二次扩展激发装置4，裂缝二次扩展激发装置4使初始预制裂缝
11
发生二次扩展，形成裂缝尖端
12。
[0028]数据采集仪9连接有电脑
10。
[0029]裂缝二次扩展激发装置4为锤击式电磁振动器
。
[0030]锤击式电磁振动器由小到大缓慢调整振动器参数，使初始预制裂缝
11
发生二次扩展，形成裂缝尖端
12。
[0031]振动器参数包括频率
、
振幅和冲击力
。
[0032]本实施例提供了一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的方法，其采用上述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，并包括以下步骤：
[0033]一
、
参照实际高铁隧道衬砌结构
(
整体式混凝土衬砌，混凝土强度等级为
C40)
，采用相似比
1:20
制备含初始预制裂缝衬砌结构模型5；
[0034]二
、
根据所需要预制裂缝的尺寸，计算所需要的初始预制裂缝预制单元1的数目，然后将裂缝预制单元1进行横向
、
竖向及厚度方向的组合，得到组合装置，如图3所示，可以组合为长度为3个单元的初始预制裂缝组合装置2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其特征在于：包括含初始预制裂缝衬砌结构模型
(5)
，含初始预制裂缝衬砌结构模型
(5)
设有初始预制裂缝
(11)
，初始预制裂缝
(11)
周边布置有裂缝监测系统
(6)
，裂缝监测系统
(6)
包括声发射传感器
(7)
和裂缝采集仪
(8)
，声发射传感器
(7)
和裂缝采集仪
(8)
均与一数据采集仪
(9)
连接；含裂缝衬砌结构模型
(5)
外侧设有裂缝二次扩展激发装置
(4)
，裂缝二次扩展激发装置
(4)
使初始预制裂缝
(11)
发生二次扩展，形成裂缝尖端
(12)。2.
根据权利要求1所述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其特征在于：数据采集仪
(9)
连接有电脑
(10)。3.
根据权利要求1所述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其特征在于：裂缝二次扩展激发装置
(4)
为锤击式电磁振动器
。4.
根据权利要求3所述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其特征在于：锤击式电磁振动器由小到大缓慢调整振动器参数，使初始预制裂缝
(11)
发生二次扩展，形成裂缝尖端
(12)。5.
根据权利要求4所述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，其特征在于：振动器参数包括频率
、
振幅和冲击力
。6.
一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的方法，其特征在于：其采用如权利要求1‑5中任一所述的一种模拟高铁隧道衬砌裂缝真实形态的实验装置，并包括以下步骤：一
、
采用相似比
1:20
制备含初始预制裂缝衬砌结构模型
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩翔宇，肖清华，刘建国，李聪明，邱泽民，陈桥枫，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：