隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟：制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件；將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件安裝到特制的試件加載盒中；通過(guò)靜力加載系統(tǒng)對(duì)試件加載盒施加靜載荷；將上述實(shí)驗(yàn)裝置安裝到豎直向電液伺服驅(qū)動(dòng)式地震模擬振動(dòng)臺(tái)上輸入震動(dòng)荷載；先后卸去震動(dòng)荷載和靜荷載，記錄分析試件的破壞情況，從而評(píng)估其抗震性能。本發(fā)明通過(guò)特殊的加載機(jī)構(gòu)模擬了現(xiàn)澆砼襯砌的實(shí)際受力狀態(tài)，結(jié)合現(xiàn)有的地震模擬振動(dòng)臺(tái)，對(duì)其局部試件進(jìn)行抗震性能測(cè)試，可以較好的反映圓形或類圓形隧道現(xiàn)澆砼襯砌結(jié)構(gòu)整體的抗震特性。本發(fā)明采用現(xiàn)澆砼襯砌局部試件進(jìn)行試驗(yàn)，相對(duì)于全斷面實(shí)驗(yàn)大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本。
【專利說(shuō)明】隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震性能的研究，特別是涉及一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，大量公路、鐵路和水電建設(shè)中的隧道工程將修建在活斷層附近和高烈度地震區(qū)。比如，我國(guó)現(xiàn)有鐵路隧道上萬(wàn)座，其中有近千座位于強(qiáng)地震區(qū)內(nèi)，其抗震安全性是工程設(shè)計(jì)人員非常關(guān)心的問(wèn)題。
[0003]為了減小地震引起的災(zāi)害，在隧道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗震性能?，F(xiàn)澆砼襯砌作為地下工程常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，在地震荷載影響下經(jīng)常發(fā)生剝落、裂紋和坍塌破壞等現(xiàn)象。為了防止這些事故的發(fā)生，需要對(duì)現(xiàn)澆砼襯砌的抗震性能進(jìn)行合理的測(cè)試。
[0004]由于在現(xiàn)場(chǎng)條件下，震動(dòng)荷載無(wú)法人為施加，所以不能在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試其抗震性能；通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)的話，相似比難以確定，且尺寸效應(yīng)非常明顯，不能作為檢測(cè)抗震性能的方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)室原型試驗(yàn)的話，成本較高，且同樣面臨邊界條件難以滿足，震動(dòng)荷載難以施加的缺點(diǎn)。
[0005]合理的測(cè)試方法首先要能夠體現(xiàn)現(xiàn)澆砼襯砌的弧形殼體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；其次，應(yīng)該能夠使其受力狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)條件相同或相似，即在圍巖壓力作用下，襯砌達(dá)到在高應(yīng)力狀態(tài)并保持一定時(shí)間，待變形穩(wěn)定后施加震動(dòng)荷載，以研究地震對(duì)隧道襯砌的影響。由于受到各種條件的限制，目前還沒(méi)有一種實(shí)驗(yàn)方法能夠滿足上述要求，因此很難直接測(cè)試現(xiàn)澆砼襯砌的抗震性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法。
[0007]其技術(shù)解決方案是:
一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟:
I'制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，并在其側(cè)面涂潤(rùn)滑材料，以減小其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中受到的摩擦力；所述的現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過(guò)上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面；其實(shí)質(zhì)是通過(guò)隧道軸線的兩個(gè)面切割隧道現(xiàn)澆砼襯砌形成的類似梯形的試塊；現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的具體制作方法包括如下兩種:a.制作相應(yīng)形狀的模具，仿照現(xiàn)場(chǎng)施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現(xiàn)場(chǎng)條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后脫模，然后將其表面打磨光滑；b.通過(guò)切割機(jī)在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)割取大致形狀的試件，通過(guò)磨石機(jī)等工具將其加工成標(biāo)準(zhǔn)形狀并打磨光滑；
I將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件安裝到試件加載盒中；所述的試件加載盒包括U型槽、三棱柱墊塊、加載墊塊和側(cè)擋板；u型槽為整體結(jié)構(gòu),包括底板和兩個(gè)側(cè)壁；三棱柱墊塊兩個(gè)直角面分別與U型槽的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面傾角與澆砼襯砌局部試件兩個(gè)斜面傾角匹配；加載墊塊下表面為圓弧形與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件上表面接觸，加載墊塊左右側(cè)面和三棱柱墊塊的斜面間留有空隙，防止加載過(guò)程中兩者發(fā)生擠壓；側(cè)擋板固定在U型槽的前后兩側(cè)，其內(nèi)表面與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸，作用在于防止現(xiàn)澆砼襯砌局部試件發(fā)生軸向變形，以滿足平面應(yīng)變狀態(tài)的要求；
f通過(guò)靜力加載系統(tǒng)對(duì)試件加載盒施加靜載荷,使試件達(dá)到要求的應(yīng)力狀態(tài)，以模擬圍巖壓力對(duì)現(xiàn)澆砼襯砌的作用；所述的靜力加載系統(tǒng)包括底座、千斤頂、反力墊板、反力鋼筋和支撐導(dǎo)軌，千斤頂用于施加靜載荷，反力墊板左右兩側(cè)分別設(shè)有用于連接反力鋼筋的通孔，反力鋼筋一端固定在底座上，另一端固定在反力墊板上；支撐導(dǎo)軌固定在底座上，其作用是在實(shí)驗(yàn)前托住試件加載盒，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中防止其發(fā)生偏斜；
T將上述實(shí)驗(yàn)裝置安裝到豎直向電液伺服驅(qū)動(dòng)式地震模擬振動(dòng)臺(tái)上，輸入指定頻率、振幅和波形的震動(dòng)荷載；通過(guò)應(yīng)力和變形測(cè)量單元，如應(yīng)力傳感器和應(yīng)變傳感器等，測(cè)量試件在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)力和變形情況，以分析其動(dòng)力響應(yīng)特性；
I:先后卸去震動(dòng)荷載和靜荷載，卸開(kāi)試件加載盒并取出試件，記錄分析試件的破壞情況，從而評(píng)估其抗震性能。
[0008]本發(fā)明的原理是:
目前施工的隧道很大一部分采用圓形或類圓形斷面；在圍巖水平壓力和豎直壓力差別不大的情況下，隧道現(xiàn)澆砼襯砌的受力、變形和破壞問(wèn)題可以近似認(rèn)為是軸對(duì)稱問(wèn)題，取其一部分進(jìn)行試驗(yàn)即可反映現(xiàn)澆砼襯砌整體的性質(zhì)。
[0009]本發(fā)明利用特制的試件加載盒和靜力加載系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)有的地震模擬振動(dòng)臺(tái)，在考慮圓形或類圓形隧道現(xiàn)澆砼襯砌的弧形殼體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其局部試件進(jìn)行抗震性能測(cè)試，可以較好的反映結(jié)構(gòu)整體的抗震特性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明的力學(xué)原理圖；
圖2為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]結(jié)合附圖1，本發(fā)明的依據(jù)在于，目前施工的隧道很大一部分采用圓形或類圓形斷面，在圍巖水平壓力和豎直壓力差別不大的情況下，隧道現(xiàn)澆砼襯砌的受力、變形和破壞問(wèn)題可以近似認(rèn)為是軸對(duì)稱問(wèn)題，取其一部分進(jìn)行試驗(yàn)即可反映現(xiàn)澆砼襯砌整體的性質(zhì)。
[0012]結(jié)合附圖2，一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟: I'制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件1，并在其側(cè)面涂潤(rùn)滑材料，以減小其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中受到的
摩擦力；所述的現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過(guò)上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面；其實(shí)質(zhì)是通過(guò)隧道軸線的兩個(gè)面切割隧道現(xiàn)澆砼襯砌形成的類似梯形的試塊；現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的具體制作方法包括如下兩種:a.制作相應(yīng)形狀的模具，仿照現(xiàn)場(chǎng)施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現(xiàn)場(chǎng)條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后脫模，然后將其表面打磨光滑；b.通過(guò)切割機(jī)在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)割取大致形狀的試件，通過(guò)磨石機(jī)等工具將其加工成標(biāo)準(zhǔn)形狀并打磨光滑。
[0013]I將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件I安裝到試件加載盒中；所述的試件加載盒包括U型槽
2、三棱柱墊塊3、加載墊塊4和側(cè)擋板；U型槽2為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個(gè)側(cè)壁；三棱柱墊塊3兩個(gè)直角面分別與U型槽2的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面傾角與澆砼襯砌局部試件I兩個(gè)斜面傾角匹配；加載墊塊4下表面為圓弧形與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件I上表面接觸，加載墊塊4左右側(cè)面和三棱柱墊塊3的斜面間留有空隙，防止加載過(guò)程中兩者發(fā)生擠壓；側(cè)擋板固定在U型槽的前后兩側(cè)，其內(nèi)表面與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸，作用在于防止現(xiàn)澆砼襯砌局部試件發(fā)生軸向變形，以滿足平面應(yīng)變狀態(tài)的要求。
[0014]I通過(guò)靜力加載系統(tǒng)對(duì)試件加載盒施加靜載荷，使試件達(dá)到要求的應(yīng)力狀態(tài)，以模擬圍巖壓力對(duì)現(xiàn)澆砼襯砌的作用；所述的靜力加載系統(tǒng)包括底座5、千斤頂6、反力墊板
7、反力鋼筋8和支撐導(dǎo)軌9，千斤頂6用于施加靜載荷，反力墊板7左右兩側(cè)分別設(shè)有用于連接反力鋼筋8的通孔，反力鋼筋8 —端固定在底座5上，另一端固定在反力墊板7上；支撐導(dǎo)軌9固定在底座上，其作用是在實(shí)驗(yàn)前托住試件加載盒，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中防止其發(fā)生偏斜。
[0015]?將上述實(shí)驗(yàn)裝置安裝到豎直向電液伺服驅(qū)動(dòng)式地震模擬振動(dòng)臺(tái)10上，輸入指定頻率、振幅和波形的震動(dòng)荷載；通過(guò)應(yīng)力和變形測(cè)量單元,如應(yīng)力傳感器和應(yīng)變傳感器等，測(cè)量試件在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)力和變形情況，以分析其動(dòng)力響應(yīng)特性。
[0016]I先后卸去震動(dòng)荷載和靜荷載，卸開(kāi)試件加載盒并取出試件，記錄分析試件的破壞情況，從而評(píng)估其抗震性能。
[0017]以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體的實(shí)施方式的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常`變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌抗震性能測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，并在其側(cè)面涂潤(rùn)滑材料，以減小其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中受到的摩擦力；所述的現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過(guò)上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面；現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的具體制作方法包括如下兩種:a.制作相應(yīng)形狀的模具，仿照現(xiàn)場(chǎng)施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現(xiàn)場(chǎng)條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后脫模，然后將其表面打磨光滑；b.通過(guò)切割機(jī)在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)割取大致形狀的試件，通過(guò)磨石機(jī)等工具將其加工成標(biāo)準(zhǔn)形狀并打磨光滑； 第二步:將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件安裝到試件加載盒中；所述的試件加載盒包括U型槽、三棱柱墊塊、加載墊塊和側(cè)擋板；U型槽為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個(gè)側(cè)壁；三棱柱墊塊兩個(gè)直角面分別與U型槽的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面傾角與澆砼襯砌局部試件兩個(gè)斜面傾角匹配；加載墊塊下表面為圓弧形，加載墊塊左右側(cè)面和三棱柱墊塊的斜面間留有空隙；側(cè)擋板固定在U型槽的前后兩側(cè)； 第三步:通過(guò)靜力加載系統(tǒng)對(duì)試件加載盒施加靜載荷,使試件達(dá)到要求的應(yīng)力狀態(tài)，以模擬圍巖壓力對(duì)現(xiàn)澆砼襯砌的作用；所述的靜力加載系統(tǒng)包括底座、千斤頂、反力墊板、反力鋼筋和支撐導(dǎo)軌； 第四步:將上述實(shí)驗(yàn)裝置安裝到豎直向電液伺服驅(qū)動(dòng)式地震模擬振動(dòng)臺(tái)上，輸入指定頻率、振幅和波形的震動(dòng)荷載；通過(guò)應(yīng)力和變形測(cè)量單元,如應(yīng)力傳感器和應(yīng)變傳感器等，測(cè)量試件在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)力和變形情況，以分析其動(dòng)力響應(yīng)特性； 第五步:先后卸去震動(dòng)荷載和靜荷載，卸開(kāi)試件加載盒并取出試件，記錄分析試件的破壞情況，從而評(píng)估其抗震性能。
【文檔編號(hào)】G01M7/02GK103471796SQ201310425741
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】蔣宇靜, 吳學(xué)震, 王剛 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)