[发明专利]自平衡双加载方式地质力学模型试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种自平衡双加载方式地质力学模型试验装置及方法，所述的地质力学模型试验装置包括承力台架、垫板、底板、反力板、重力配重块、螺栓、隔离板、液压千斤顶、液压工作站和伺服控制器。承力台架由矩形方钢焊接相连，保证该装置的刚度要求同时便于隔离板的安装放置。所述垫板位于试验体以上，千斤顶(配重块)以下，从而保证试验过程中荷载均匀传递到试验体上。承力台架和反力板预留连接孔，通过螺栓拼接而成从而实现试验对不同加载荷载方式的要求。本发明装置结构简明、可重复使用，不受位置限制能够实验装置的迁移，同时本发明即能实现快速精确加荷，也能够实现长期稳定的加卸载方式。

技术领域

本发明涉及一种地质力学模型试验系统，具体的说是一种自平衡双加载方式地质力学模型试验装置及方法。

背景技术

随着经济的发展和交通运输量的增加，我国已经成为世界上隧道工程规模最大、数量最多、修建速度最快的国家。由于地质条件的复杂性、环境温度的周期性以及结构材料自身特性，极易引发隧道施工阶段的塌方、运营阶段的衬砌开裂掉块等灾害。因此，掌握隧道在不同荷载和因素下的变形规律、破坏机理以及如何采取行之有效的处理措施已经成为制约隧道发展的核心问题之一。针对这些问题现阶段主要有理论分析、数值模拟和地质力学模型试验，其中进行以相似理论为基础的地质力学模型试验一直是研究此类问题最普遍、有效的方法之一。

要进行地质力学模型试验，就必须要有地质力学模型试验装置。目前，地质力学模型试验试验多数采用液压伺服控制的千斤顶，此类加载方式具有精度高、响应速度快、负载刚度大等优点，但也存在不易长期稳压的缺点。而隧道作为一种典型的地下结构有时需要考虑大埋深、高地应力、岩土体的固结蠕变、衬砌冻融循环等复杂条件，对隧道进行长期稳定加压的问题，同时还需要对隧道二次衬砌最大承载能力进行试验，因此迫切需要设计一种地质力学模型试验装置既能进行液压式加载，又能进行重力式加载。此外传统地质力学模型试验装置存在设备体积大、不可移动、且需特殊处理地基以施加载荷等不足，难以满足双加载方式的要求。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现在地质力学模型试验装置存在的问题，提供一种自平衡双加载方式地质力学模型试验装置及方法，可同时实现液压式和重力式加载，且装置为自平衡结构，不需要特殊地基处理。

本发明采用的技术方案如下：

一种自平衡双加载方式地质力学模型试验装置，包括承力台架，设置在承力台架内部的垫板和垫板下方设置的地质力学模型；所述的承力台架为框形结构，内部安装有底板和隔离板；垫板下方填充有充填材料，垫板上方设置有若干只配重块；承力台架上方的设置有若干只反力板，每只反力板下方设置有液压千斤顶，液压千斤顶施压在垫板上，将力学载荷传递至地质力学模型。

上述自平衡双加载方式地质力学模型试验装置中，隔离板上预留操作洞。

上述自平衡双加载方式地质力学模型试验装置中，垫板包括底部钢板、中间的型钢和顶部的施力圆棒，所述的施压钢棒垂直于型钢长度方向设置。

上述自平衡双加载方式地质力学模型试验装置中，液压千斤顶的活动端作用在施力圆棒中部。

上述自平衡双加载方式地质力学模型试验装置中，若干只液压千斤顶分别通过油路连接至液压工作站，液压工作站与伺服控制器电连接。

上述自平衡双加载方式地质力学模型试验装置中，承力台架和反力板通过螺栓固定为一体化结构。

一种利用自平衡双加载方式地质力学模型试验装置进行二次衬砌模型的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

【1】二次衬砌模型的预制：

根据地质力学模型试验的要求和相似原理，制作隧道二次衬砌模型的预制装置，并预制隧道二次衬砌模型；

【2】力学加载试验：