[发明专利]一种拱形结构围压环境下的静力试验系统及试验方法

说明书

本发明提出了一种拱形结构在围压环境下的静力承压试验系统及方法，试验系统包括试验件、底板、围压模拟装置和试验加载装置，其中围压模拟装置由囊罩、密闭囊、侧板、三角立柱、气泵和控制阀组成；试验加载装置由弧形压盘、液压作动器、横梁、滑轨、立柱、安装座、横梁固定座组成。试验方法通过向密闭囊充气模拟拱形结构围压环境，通过多个密闭囊与充气装置的组合模拟不同位置的围压变化，通过液压作动器、弧形压盘压缩试验件模拟载荷加载，通过横梁在滑轨上的滑动模拟现加载角度的变化。本发明装置结构小巧、转换操作简单，模拟符合真实情况。

技术领域

本发明涉及土木工程试验技术，具体涉及一种拱形结构围压环境下的静力试验系统及试验方法。

背景技术

随着矿井、隧道、洞室等地下工程在复杂地质条件下的建设，支护结构面临的承载问题越来越突出。拱形结构由于其良好的承载能力，在支护结构中的应用广泛。拱形结构的承压能力对地下工程的安全性具有重要影响。静力承压试验是支护结构承压性能确定的重要方式，其可确定拱结构的力学性能、揭示其失效行为，对支护结构的安全意义重大。目前，虽然已存在大量拱形结构的静力承压试验装置，但并没有统一的试验系统标准。现有的试验系统多采用多个液压作动器或千斤顶来进行试验加载(如CN105486586B、CN104990720A)，存在如下问题：1)需要较多的试验装置，占用较大的试验场地；2)多个液压作动器或千斤顶的加载方式也对协同加载的精度提出较高要求；3)需要对试验件进行穿孔、打磨等预处理，试验时间也大幅上升。

发明内容

本发明的目的在于提出一种拱形结构围压环境下的静力试验系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种拱形结构在围压环境下的静力承压试验系统，包括试验件、底板、围压模拟装置和试验加载装置，其中：

所述围压模拟装置包括囊罩、密闭囊、侧板、三角立柱、气泵和控制阀，所述密闭囊为一个或多个，置于试验件表面，密闭囊置于囊罩中；囊罩两端与侧板连接，侧板通过三角立柱固定；密闭囊通过气泵施加压力，各密闭囊的气压由控制阀独立控制施加；

所述试验加载装置包括弧形压盘、液压作动器、横梁、滑轨、立柱、安装座、横梁固定座，所述弧形压盘置于试验件表面，四根立柱分两组，分别焊接在底板两侧，同侧立柱的顶端通过一根滑轨连接；横梁置于滑轨上方，横梁底端焊有两个滑块，横梁与滑轨间通过滑块连接，滑块嵌入滑槽中自由滑动；液压作动器通过安装座连接至横梁底侧的横梁固定座，安装座与横梁固定座之间通过一根销钉连接，液压作动器可绕横梁固定座转动。

进一步的，所述囊罩两端通过螺栓与两侧的侧板连接，侧板直接固定在三角立柱上，三角立柱与底板通过螺栓连接。

进一步的，所述滑轨与立柱的连接方式为焊接或螺栓连接。

进一步的，所述压盘下表面的外形与试验件表面保持一致。

进一步的，所述安装座通过螺栓连接至横梁底侧中心处的横梁固定座。

一种拱形结构在围压环境下的静力承压试验方法，基于所述的拱形结构在围压环境下的静力承压试验系统，实现拱形结构在围压环境下的静力承压试验。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)结合工程实际，装置结构小巧、原理清晰，转换操作简单，有效地解决了传统加载装置结构复杂、占用场地大、安装繁琐的问题。2)基于试验件安装方式的调节性，可实现各类尺寸拱形结构的静压试验。3)围压环境模拟方案，改变了传统的集中力加载模式，使得围压模拟更加均匀，通过独立的气泵控制阀控制，实现各加载区域压力的变化，保证了各区域围压载荷加载的精度。4)加载方案省去了试验件的预处理步骤，直接采用结构尺寸相同的弧形压盘加载，保证了压缩载荷的均匀性。5)变角度加载方案，可轻松实现压缩载荷加载角度变化，结合围压模拟系统的载荷变化，可满足各类围压环境下、多角度静压试验，提高了试验模拟的真实性。

附图说明

图1为本发明的系统试验步骤流程图；