【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道模型试验，具体涉及一种模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法。
技术介绍
1、在隧道工程中，膨胀土是一种危险的地质土体。它在吸水和失水过程中会表现出不同程度的膨胀和收缩性，并且具有裂隙和超固结的特性。这些特性将给隧道施工和后期安全运营造成显著的负面影响。膨胀土的存在可能导致施工过程中超固结压力的消散，并且土壤的吸水膨胀会引起围岩应力的重新分布，进而引发围岩塌方，从而造成人员和财产损失。工程实践表明，膨胀性围岩在吸水后由体积膨胀产生的的膨胀力可能会造成隧道衬砌的开裂，给隧道的维护和安全带来巨大困扰。
2、目前，针对膨胀性围岩对隧道结构破坏机制的研究，主要从数值仿真和现场监测两方面开展。数值模拟方法通常需要对实际情况进行假设和简化，这可能导致模型与实际情况存在差异，影响结果的准确性。并且参数选择或模型假设的不同也可能导致模拟结果相差较大。相较而言，模型试验是通过构建物理模型来模拟真实情况，可以更真实地模拟隧道围岩环境和受力情况，直观地观察和解释模型的力学行为和结构特性，通过对试验条件进行精细控制，包括加载条件、环境条件等，能够全面地研究和评估隧道工程的响应和影响。
3、当前，关于膨胀土隧道损伤机制的试验设备相对较少，尤其针对膨胀土隧道中最常见的底鼓损伤破坏情况的试验设备尤为缺乏，难以进行相关试验。
技术实现思路
1、针对膨胀土隧道中最常见的底鼓损伤破坏情况，提出了一种模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，可以模拟隧道底部膨胀土膨胀过程中隧道仰拱结构的受力以及
2、为此，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，包括以下步骤：
4、1）模型试验相似参数选取
5、确定需要模拟的实际隧道的参数，包括高度和跨度数值；推导确定模型试验的相似常数；
6、2）试验隧道模型设计
7、根据步骤1）确定的相似常数得到试验隧道模型的高度和跨度，隧道模型选用钢筋网作为骨架，浇筑浆液材料制作隧道模型；
8、3）模型箱设计
9、根据步骤2）隧道模型的跨度确定模型箱的长度、宽度和高度，确保隧道模型可放置于模型箱内；根据确定的尺寸制作模型箱，模型箱的四个侧面安装透明材料；
10、4）试验土制备
11、试验土样以黏聚力、内摩擦角和容重三个指标为控制参数，配制满足试验要求的试验土样；
12、5）传感器布设
13、试验所用传感器包括微应变片、土压力盒和直线位移计；微应变片用于测量隧道模型衬砌的内力和弯矩，土压力盒用于测量隧道模型的土压力和围岩的土压力变化；直线位移计放置于隧道模型内部用于测量隧道断面的竖向底鼓值；
14、6）试验装置搭建
15、将步骤4）制备的试验土按要求装填进模型箱中，试验土装填至一定高度后将拉力加载框竖直放置于模型箱中央；拉力加载框包括水平的底板，底板呈矩形且边长大于隧道模型的宽度，底板四角分别连接有竖直向上的拉筋，四个拉筋的顶部连接有顶板；顶板上连接竖直向上的主拉筋，通过主拉筋为拉力加载框施加竖直向上的拉力；
16、继续装填试验土淹没底板至规定高度，将隧道模型水平放入模型箱中央，并使隧道模型穿过拉筋中心，隧道模型中心位于底板中心的正上方；
17、继续装填试验土覆盖隧道模型至规定高度，试验土装填完毕；
18、7）试验加载方式设计
19、按照试验要求，通过主拉筋加载拉力，逐级提高载荷等级；主拉筋的拉力通过顶板和拉筋传递至底板上，底板向上顶升挤压上方的试验土，变形的试验土对隧道模型施加向上的挤压力；步骤5）安装的传感器实时采集数据，并传送至上位机；
20、8）数据处理
21、取底板正上方断面处的土压力、应变等数据的进行分析，结合试验过程中隧道模型的渐进破坏现象，得出某种工况下的隧道底鼓破坏机制结果。进一步地，所述模型箱上方设有水平的横梁，横梁中心固定有第一定滑轮，第一定滑轮位于拉力加载框的正上方，横梁外端上固定有第二定滑轮，第二定滑轮与第一定滑轮并排布设；拉力加载框上的主拉筋竖直向上绕过第一定滑轮和第二定滑轮后连接有载荷加载装置。
22、进一步地，所述载荷加载装置包括加载托盘和砝码，主拉筋的头端连接加载托盘中心位置，加载托盘中用于放置砝码。
23、进一步地，所述试验土采用黄黏土、细砂、重晶石粉、膨润土和水配制而成。
24、本专利技术的有益效果在于：
25、1.针对在隧道试验
缺少的膨胀性地层隧道底鼓试验装置，本专利技术弥补了这一空缺，解决了模型试验难以从隧道底部对隧道施加部分膨胀力的问题，能够实现对隧道底部受膨胀力作用工况的直观模拟。
26、2.本专利技术中的模型箱、加载结构均由简易材料构成并且能够实现快速组装，相比传统的试验隧道加载方式，不仅能够实现精准的分级加载而且能够有效降低试验成本。
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1.一种模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，其特征在于，所述模型箱上方设有水平的横梁，横梁中心固定有第一定滑轮，第一定滑轮位于拉力加载框的正上方，横梁外端上固定有第二定滑轮，第二定滑轮与第一定滑轮并排布设；拉力加载框上的主拉筋竖直向上绕过第一定滑轮和第二定滑轮后连接有载荷加载装置。
3.根据权利要求2所述的模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，其特征在于，所述载荷加载装置包括加载托盘和砝码，主拉筋的头端连接加载托盘中心位置，加载托盘中用于放置砝码。
4.根据权利要求2所述的模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，其特征在于，所述试验土采用黄黏土、细砂、重晶石粉、膨润土和水配制而成。
【技术特征摘要】
1.一种模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的模拟膨胀性地层隧道底鼓试验方法，其特征在于，所述模型箱上方设有水平的横梁，横梁中心固定有第一定滑轮，第一定滑轮位于拉力加载框的正上方，横梁外端上固定有第二定滑轮，第二定滑轮与第一定滑轮并排布设；拉力加载框上的主拉筋竖直向上绕过第一定滑轮和第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴红刚，浦锐，张锋，舒承兴，刘继红，李喜峰，衣忠强，周鑫陆，杨昊天，赖国泉，尹威江，张瑞琦，牛文庆，
申请(专利权)人：中铁西北科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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