[实用新型]隧道模型试验水压加载装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及富水隧道模型试验技术领域，尤其涉及的是一种隧道模型试验水压加载装置及其方法。 

背景技术

模型试验在隧道工程研究领域成为不可或缺的重要手段，在满足一定相似原理的前提下，模型试验相对于现场测试及数学模型可以更为便捷、全面、直观、准确地反映出围岩对隧道支护体系相互作用下的力学特征，对探究地下工程机理，以及工程实际起到指导作用。 

在富水区域修筑隧道，高水压作用下，结构要承受径向水压力，由拱顶到仰拱线性增大的非均匀分布。考虑到高水头，水头高度远远大于隧道高度，隧道不同位置承受的非均匀水压差别就很小，可以简化为拱顶、拱腰、拱脚和仰拱四部分均布荷载作用。在实际工程中水的径向压力对隧道支护结构有着较为显著的影响，具体表现在在围岩等级、开挖支护条件相同时，富水隧道开挖断面的沉降和收敛值大于一般隧道；围岩与初支应力大于一般断面；支护结构内力大于一般断面。同时水的径向作用明显区别于围岩对支护结构的水平与垂直作用，在模型试验中，现有的隧道土压加载设备基本无添加径向荷载，为准确模拟水压力的作用效果，必须使用单独的装置。 

现代隧道断面一般设计为马蹄形，以《高速公路隧道设计规范》要求结合工程实际，多采用四心圆马蹄形，即拱顶、拱腰、拱脚和仰拱分别采用不同的圆心和半径连接而成。针对马蹄形断面采用现有的水压模拟装置，使用整体钢绞线环箍加载方式，由于径向力q与钢绞线紧固力F和圆弧半径R有关，且q＝FR，F相等，R不同，导致每个圆弧所施加的径向力不同，而且差异显著，不能模拟出水的均布围压作用。 

实用新型内容

本实用新型为富水马蹄形断面隧道模型试验提供了一种隧道模型(马蹄形断面)试验水压加载装置，能够较为准确地模拟出水压对结构的非均布径向(围压)作用。 

本实用新型实现其目的采用的技术方案是： 

一种隧道模型试验水压加载装置，包括台架(19)、隧道模型(21)、第一到第十四转向立柱(1-14)、第十五到第十八钢绞线张拉装置(15-18)及四组钢绞线；所述钢绞线环箍拱顶、拱腰、拱脚和仰拱的相应圆弧段后相切于其与相邻两圆弧的分界点后引出，钢绞线通过第一到第十四转向立柱(1-14)引导至位于模型中轴线的第十五到第十八钢绞线张拉装置(15-18)处。 

所述的隧道模型试验水压加载装置，所述隧道模型(21)按照几何相似比1∶30制备，纵向长30cm。 

所述的隧道模型试验水压加载装置，所述的钢绞线每组有6根，拱顶、拱腰、拱脚、拱底分别通过沿隧道模型竖向布置的该6根相互平行的钢绞线进行环箍，各钢绞线之间间距为5cm，隧道模型顶部和底部的钢绞线距离顶部和底部2.5cm。 

所述的隧道模型试验水压加载装置，所述台架(19)为长80cm，宽65cm，高2cm的钢板，第一到第十四转向立柱(1-14)、第十五到第十八钢绞线张拉装置(15-18)以及隧道模型(21)固定在所述台架(19)上，沿隧道模型(21)的中线，在台架上布置有滑槽(20)。 

所述的隧道模型试验水压加载装置，所述隧道模型(21)的拱顶、拱腰、拱脚和仰拱的环箍结构具体如下： 

拱顶环箍结构为：6根沿隧道模型高度均布且相互平行的钢绞线通过第七转向立柱(7)、第八转向立柱(8)、第十一转向立柱(11)、第十二转向立柱(12)和第十五钢绞线张拉装置(15)进行转向和张拉；第七转向立柱(7)和第八转向立柱(8)对称设置在拱腰底部的外侧，第十一转向立柱(11)和第十二转向立柱(12)设置在仰拱的底部外侧且以隧道模型中轴线为轴对称，第十五钢绞线张拉装置(15)设置在隧道模型中轴线上仰拱的下部外侧，每根钢绞线都紧贴拱顶所在圆弧段，并相切于拱顶和拱腰所在的圆弧的分界点，从该两圆弧分界点引出钢绞线，通过第七转向立柱(7)、第八转向立柱(8)、第十一转向立柱(11)、第十二转向立柱(12)连接到第十五钢绞线张拉装置(15)；