[发明专利]一种液体式浅埋隧道模型试验围岩边界条件加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验加载装置，具体涉及一种围岩边界条件加载的试验装置。

背景技术

隧道模型试验是研究隧道及地下工程领域的一种重要手段。我国现有的隧道围岩模型试验多采用型钢或钢板制模型箱，采用液压伺服装置或上部堆载等方法施加压力，模拟围岩边界条件。

现有的模型试验为了使得模型箱具有较好的刚度，模型箱尺寸往往较大，钢板往往采用焊接，因此模型箱尺寸较难调整。当侧向围压采用液压伺服装置进行加载时，侧向压力沿着模型竖直方向是呈阶梯状的渐变，这与真实地压力中侧向压力随着埋深逐渐增大有所不同，将一定程度上影响模型试验的准确性。

通过相似理论公式进行计算，如果采用不同浓度的盐水(比重约为1.0-1.2)作为加载液体，几何相似比取简单模型试验常用的30-50，侧压力系数取0.4-0.6，围岩重度介于2.2-2.8g/cm3，模量相似比为22-84时，选用合适的模型材料使用本发明装置进行边界条件加载可以完全符合相似模型理论，满足试验边界条件的要求。

发明内容

本发明利用液体对围岩模型进行加载。液体中的液压随着深度均匀增加，可以满足围岩压力随深度均匀增加这样一种应力边界相似条件；液体可以随着约束容器的形状改变而改变自身的形状，且同一深度上液体压力又不发生变化，因此采用较为简易的模型箱即可满足模型稳定的应力边界条件，使得试验箱的制作更为经济、方便。根据连通器原理，采用高度可调节的与加载液体连通的自动补水装置可以方便的提供额外增加的围岩压力。

为了具体实现上述目的，本发明提供了一种使用液体提供边界应力条件的简易围岩加载装置，包括：固定外框架，用于装载内部的液体加压容器以及围岩模拟材料；加压隔板置于液体加压容器与围岩模拟材料之间，自动补水装置由补水水箱、自动补水阀及进水管组成，自动补水装置通过软管连接于液体加压容器上部。

固定外框架，上侧面不封的拼接而成的立方体框架，可以采用强度合适的钢材、木材等制作，前侧面或后侧面可采用钢化玻璃方便观察模型开挖情况。外框架对应位置的尺寸应大于地层模型尺寸，小于地层模型尺寸与液体加压容器几何尺寸之和，使得液体加压容器与地层模型置入固定外框架内时可以密贴且传递压力。

液体加压容器，为不透水的柔性材料制成且内部中空，且上部与自动补水装置通过软管连通。液体加压容器的形状应使其可以恰好嵌入固定外框架与围岩模拟材料之间，且其几何尺寸应略大于围岩相似材料与固定外框架之间缝隙的尺寸，保证当液体加压容器内注入液体后，液体的压力可以完全作用于围岩相似材料与固定外框架上；同时液体加压容器的尺寸应保证围岩相似材料及固定外框架发生最大变形时也不会将其完全张拉，避免薄膜材料的张拉应力影响液体压力的加载。

加压隔板，为一光滑薄板，由金属或合成材料制作。加压隔板应表面光滑，可以在不损伤液体加压容器与围岩模拟材料的情况下从两者之间抽出。

所述的自动补水装置5，包括：进水管9一端与水源连接，另一端与自动补水阀7入水端连接，自动补水阀7出水端连接于补水水箱6上，补水水箱6底端与软管8一端相连，软管8的另一端连通至液体加压容器4。使用时将补水水箱6置于合适的高度使得液体加压容器4获得合适的净水头压力，将自动补水阀7的水压调节至适合值后将水箱水注满，可以提供稳定的水压力。

附图说明

图1为本发明一种液体式浅埋隧道模型试验围岩边界条件加载装置示意图。

图2为自动补水装置示意图。

具体实施方式

为利于对本发明专利的理解，以下结合附图说明实际试验的应力边界条件加载方法。

结合图1所示，本发明提供了一种通过液体压力提供隧道模型试验应力边界条件的装置，包括固定外框架1，用于装载内部的液体加压容器4以及围岩模拟材料2；加压隔板3，置于液体加压容器4与围岩模拟材料2之间，自动补水装置5连接于液体加压容器4任意位置。

进行相似材料模型试验之前，需要将固定外框架1组装成上部不封闭的正方体箱型，将加压隔板3置于固定外框架1内，加压隔板3与固定外框架1间距应小于液体加压容器4的厚度，将加压隔板3进行临时简易的固定后，将液体加压容器4置于加压隔板3与固定外框架1之间的空间内延展平整。

在组装完成上述结构装置后，在加压隔板3围成的空间内部逐层填筑围岩模拟材料2，填筑的同时向液体加压容器4内部注入液体，液体加压容器4内部的液体表面与围岩模拟材料2的上表面基本一致，维持装置受力的平衡。当围岩模拟材料2填筑至预定高度时，试验初始准备完成。