[发明专利]模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置及试验方法，其中模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置包括试验台座、设在试验台座上的衬砌环和纵向加载装置，所述试验台座包括台座底板和间隔竖直设在台座底板上的两平行台座反力板，所述衬砌环包括若干组并排贴近的同轴等径的环圈，在各个环圈的外周箍设有环向抱箍索，所述纵向加载装置具有两组，分别包括呈锥斗形的刚性加载环和布设在刚性加载环大端端面上的分布式弹簧，通过千斤顶施加顶推（拉）力，由分布式弹簧转换为作用在衬砌上的不均匀压（拉）力，实现盾构隧道纵向压（拉）弯加载；以上三者共同作用，可方便地实现拉压弯剪组合作用下的环缝力学性能测试。

技术领域：

本发明涉及结构力学性能测试领域，特指一种模拟拉压弯剪组合作用下，测试盾构隧道环缝力学性能的试验装置与试验方法。

背景技术：

随着我国城市轨道交通的迅猛发展，盾构隧道在地铁工程中得到广泛应用。盾构隧道由预制管片通过螺栓拼接而成，存在大量纵向接缝与环向接缝，其力学性能对盾构隧道衬砌结构承载特性有重要影响。纵向接缝主要影响盾构隧道横向力学性能，而盾构隧道纵向力学性能（包括纵向抗弯性能及纵向抗剪性能）主要由环向环缝控制。因此测定环向接缝的力学性能，是盾构隧道衬砌结构设计中的一项重要基础工作。

环缝力学性能测试包括原型试验和缩尺模型试验。前者能较为真实地反映管片形状和接缝连接方式对其力学性能的影响，但加载体量大，操作难度大，试验成本高。更多学者采用缩尺模型试验，但受限于相似条件，难以模拟隧道在地层中的真实受力情况，难以实现隧道纵向受弯或纵向受拉加载。

专利CN201811565506.1考虑了隧道自重对纵向性能的影响，但是忽略了径向应力对纵向应力的影响，并且只能考虑剪切应力作用下的环缝纵向性能。专利CN201911183967.7通过两组剪力加载机构上下交替地对试验管片加载剪力，研究衬砌接头的抗剪特性，但是没有考虑了径向地层应力，且只能考虑剪切应力作用下的环缝纵向性能。专利CN202111239786.9用环型钢架、U型夹具等固定衬砌，通过剪切作动器和千斤顶等模拟衬砌环缝的剪切工况。专利CN202111239495.X用环型钢架、U型夹具等固定衬砌，通过千斤顶施加顶推力使得各环型钢架之间相互张开从而带动各衬砌环张开，模拟隧道衬砌的纵向受弯工况。

发明内容：

针对以上不足之处，本发明提供了一种能够真实模拟径向地层应力，并施加纵向轴力、纵向弯矩、横向剪力的装置与方法，能够测试拉压弯剪组合作用下的环缝力学性能。

本发明模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置，其特征在于：包括试验台座、设在试验台座上的衬砌环和纵向加载装置，所述试验台座包括台座底板和间隔竖直设在台座底板上的两平行台座反力板，所述衬砌环包括若干组并排贴近的同轴等径的环圈，在各个环圈的外周箍设有环向抱箍索，所述纵向加载装置具有两组，分别包括呈锥斗形的刚性加载环和布设在刚性加载环大端端面上的分布式弹簧，两组纵向加载装置的分布式弹簧的自由端分别顶置在衬砌环的端面上，所述刚性加载环小端端面与台座反力板之间设有千斤顶；两相邻环圈之间形成环缝，每个环圈由多片呈弧形的衬砌管片拼接形成圆圈状，相邻衬砌管片之间形成纵缝。

进一步的，上述分布式弹簧的自由端与衬砌环的端面之间设有连接板，所述连接板与分布式弹簧的自由端粘接，分布式弹簧的固定端与刚性加载环大端端面粘接。

进一步的，上述环圈上设有抱箍支承座，所述抱箍支承座包括弧形板片和径向间隔固定在弧形板片上的两个支撑板片，所述环向抱箍索为预应力箍绳，预应力箍绳的两端分别固定在两个支撑板片上。

进一步的，多组环圈中的中间一组环圈的抱箍支承座上连接有一重物，在台座底板上设有避让重物的台座预留槽。

本发明模拟盾构隧道环缝力学性能的试验装置的试验方法，其特征在于：