[发明专利]一种隧道减震层材料获取方法

权利要求书

1.一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预先确定的几何相似比、密度相似比及应力相似比制备围岩相似材料、衬砌相似材料；

利用制备好的围岩相似材料制作围岩模型，利用制备好的衬砌相似材料制备衬砌模型，利用围岩模型、衬砌模型和减震层制备多个试样，不同试样的减震层材料不同；

在衬砌模型横断面设定位置安装应变监测元件，依次将试样置入模型箱中并施加设定荷载，直至得到衬砌模型的应力和应变在设定范围内的目标试样，根据应力相似比和目标试样的减震层的材料确定实际工程中减震层材料；

根据隧道断面的四分之一制备围岩模型、衬砌模型，得到的试样断面为完整隧道断面的四分之一；

对试样施加两种情况下的设定荷载，分别为压缩波对应的第一设定荷载和剪切波对应的第二设定荷载，第一设定荷载根据隧道压缩波作用下的最大压应变和应力相似比确定，第二设定荷载根据隧道剪切波作用下的最大剪应变和应力相似比确定；

剪切地震波引起的剪应力：

压缩地震波引起的正应力：

根据地震波引起的自由场应力由下式确定两个加载方向上的试验荷载：

压缩波对应的第一设定荷载：

剪切波对应的第二设定荷载：

其中，与分别为真实围岩材料的弹性模量与泊松比，A为加载面的面积，为剪切波作用下围岩的最大剪应变，为压缩波作用下围岩的最大压应变，为应力相似比；

采用常用的压力机对试样施加第一设定荷载和第二设定荷载，其中p_x为采用压力机通过模型箱侧部敞口施加的水平荷载，p_y为采用压力机通过模型箱顶部敞口施加的竖向荷载；

加载过程中，利用应变监测元件实时记录衬砌模型的应变；

利用测得的应变计算得到实际地震过程中最不利时刻隧道衬砌的应力：

由于应变的相似比为1，试验测得的应变等于实际地震过程中衬砌的应变，与分别为真实衬砌材料的弹性模量与泊松比；

根据衬砌模型应变得到衬砌模型的应力，如果衬砌模型的应力在设定范围内，则对应的试样为目标试样，根据应力相似比和目标试样的减震层的材料确定实际工程中减震层材料，否则选取其他材料的减震层重复以上步骤直至实验得到的衬砌模型应变在设定范围内，然后得到实际工程中减震层材料。

2.如权利要求1所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，沿衬砌模型断面环向等间隔设置3-5组应变监测元件，每组应变监测元件设置多个，同一组的不同的应变监测元件与水平面的夹角不同。

3.如权利要求2所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，同一组中设置三个应变监测元件，三个应变监测元件与水平面的夹角分别为0°、45°和90°。

4.如权利要求1所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，所述应变监测元件采用应变片或光纤光栅传感器。

5.如权利要求1所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，所述模型箱包括竖向设置的第一箱壁和第二箱壁，第一箱壁和第二箱壁的一侧之间设有第三箱壁，第一箱壁和第二箱壁底端之间设有第四箱壁，形成一侧和顶部敞口设置的箱体结构。

6.如权利要求5所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，所述第一箱壁或第二箱壁开设有导线孔，第一箱壁和第二箱壁之间设有加固螺栓，加固螺栓设置在第一箱壁和第二箱壁远离第三箱壁和第四箱壁的角部位置。

7.如权利要求1所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，第一设定荷载的施加方法为，对试样的顶面施加竖向荷载的同时对试样的一侧侧面施加水平荷载。

8.如权利要求1所述的一种隧道减震层材料获取方法，其特征在于，第二荷载的施加方法为首先对试样的一侧侧面施加水平荷载，然后对试样的顶面施加竖向荷载。