[发明专利]一种隧道减震层材料获取方法

说明书

本发明涉及一种隧道减震层材料获取方法，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；在试样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，采用本发明的方法操作简单，成本低。

技术领域

本发明涉及岩土工程测试技术领域，具体涉及一种隧道减震层材料获取方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

隧道(洞)广泛存在于公路、铁路、市政、水电等工程，在交通、输水、电力、通讯等领域发挥着重要作用。然而，在过去几次强烈地震中有大量隧道受损，造成了严重的损失。地震严重威胁着高烈度地区隧道的安全运营，科学的抗震设计与有效的抗震措施是降低隧道震害的有效途径。

目前，隧道的抗震措施可分为抗震(如围岩加固、衬砌加固)与减震(如设置减震层、减震缝、铰接)两种。隧道的抗震设计方法主要采用经验类比法、数值仿真法及模型试验方法。由于不同隧道所处的地质地震环境不尽相同，经验类别法仅能提供定性参考，无法提供抗减震措施的定量评价；数值仿真方法可考虑隧道场地的地质、地震环境，但受到材料本构模型、模型参数、边界条件、计算方法等多个因素的影响，其分析结果多作为设计参考；相比之下，室内模型试验被认为是最为可靠的方法，其不仅可考虑具体隧道场地的地震与地质环境，还能考虑围岩与衬砌的复杂力学行为。

针对隧道的地震响应规律及抗震设计，目前开展较多的模型试验为振动台模型试验和离心机模型试验，通过振动台模型试验和离心机模型试验获取最佳的减震层材料参数，发明人发现，两种模型试验均需要专业的试验设备，导致大部分实验室无法开展；同时，两种模型试验的动力相似比难以全部满足，且试验过程复杂，试验成本高，试验难以多次重复。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种隧道减震层材料获取方法，方便在实验室内开展，试验成本低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案

本发明的实施例提供了一种隧道减震层材料获取方法，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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°。

可选的，所述应变监测元件采用应变片或光纤光栅传感器。

可选的，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。