隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于包括以下步驟：制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，并在其側面涂潤滑材料；將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件放入U型槽中，然后依次安裝加載墊塊和側擋板；將上述組合結構放到實驗機上加載，記錄試件的破壞過程的力-位移曲線等數據。本發(fā)明通過特殊的加載機構模擬了現(xiàn)澆砼襯砌的實際受力狀態(tài)，可用于研究圓形或類圓形隧道現(xiàn)澆砼襯砌的承載能力以及受力、變形、破壞等性質，還可以作為一種檢測施工質量的方法。本發(fā)明采用現(xiàn)澆砼襯砌局部試件進行試驗即可得到現(xiàn)澆砼襯砌整體的承載力，相對于全斷面實驗大大節(jié)省了實驗成本。
【專利說明】隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道支護工程現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試和質量檢測領域，特別是涉及一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法。
【背景技術】
[0002]在高地應力或軟弱圍巖條件下，隧道現(xiàn)澆砼襯砌經常發(fā)生剝落、裂紋和坍塌破壞等現(xiàn)象。分析認為，圍巖壓力和/或變形量過大是導致現(xiàn)澆砼襯砌破壞的主要原因。
[0003]為了防止這些事故的發(fā)生，在隧道支護設計時需要對現(xiàn)澆砼襯砌的承載能力進行評估，在襯砌施工過程中還要對其質量進行取樣測試。傳統(tǒng)測試都是取圓柱形或立方體標準試件進行相應的強度測試，不能考慮現(xiàn)澆砼襯砌的弧形殼體結構特點。由于受到各種條件的限制，目前還很難直接測試現(xiàn)澆砼襯砌的承載能力。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法。
[0005]其技術解決方案是:
一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于包括以下步驟:
①制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，并在其側面涂潤滑材料，以減小其實驗過程中受到的摩擦力；所述的現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側面垂直于水平面；其實質是通過隧道軸線的兩個面切割隧道現(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.制作相應形狀的模具，仿照現(xiàn)場施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現(xiàn)場條件下養(yǎng)護一定時間后脫模，然后將其表面打磨光滑；b.通過切割機在隧道施工現(xiàn)場割取大致形狀的試件，通過磨石機等工具將其加工成標準形狀并打磨光滑；
將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件放入U型槽中，然后依次安裝加載墊塊和側擋板；
所述的U型槽為整體結構，包括底板和兩個側壁；側壁內表面與水平面呈一定傾角，并且這個傾角與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件兩個斜面的傾角匹配；底板下表面與試驗機加載裝置接觸，承受試驗機壓力；U型槽的作用在于將試驗機壓力垂直傳遞到現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的兩個側面，更真實的反映其在現(xiàn)場應用時的邊界條件；
所述的加載墊塊，下表面為圓弧形與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件上表面接觸，左右兩側面與U型槽內表面平行，加載墊塊側面和U型槽內表面間留有空隙，防止加載過程中兩者發(fā)生擠壓；上表面為平面，與試驗機加載裝置接觸；加載墊塊的作用在于將試驗機壓力均勻傳遞到現(xiàn)澆砼襯砌局部試件上表面；
所述的側擋板，共有兩塊，分別固定在U型槽的前后兩側，內表面與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸；其作用在于防止現(xiàn)澆砼襯砌局部試件發(fā)生軸向變形，以滿足平面應變狀態(tài)的要求，同時防止U型槽的側壁向兩側變形； ③將上述組合結構放到實驗機上加載，記錄試件的破壞過程的力-位移曲線等數據；所述的實驗機為可以施加壓力的試驗機；試件產生裂紋時對應的試驗機對試件的壓應力即為開裂承載力，試驗機對試件的最大壓應力即為破壞承載力，開裂承載力在力-位移曲線中對應的位移即為允許變形量；破壞承載力在力-位移曲線中對應的位移即為最大變形量。
[0006]為了隨時觀察記錄試件破壞情況，可以采取如下任一方案:a.通過聲發(fā)射設備探測裂紋擴展情況；b.側擋板的其中一塊制作材料選用高強透明材料，并配條形鋼加固；c.在兩塊側擋板上分別設置廣3條環(huán)向觀察縫，為了減小對試件的影響，觀察縫寬度不宜過大。
[0007]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、變形和破壞問題可以近似認為是軸對稱問題。對于軸對稱問題，可以取其一部分(即本發(fā)明所述現(xiàn)澆砼襯砌局部試件)進行試驗即可反映現(xiàn)澆砼襯砌整體的性質。
[0008]在軸對稱問題中，圍巖和現(xiàn)澆砼襯砌只發(fā)生徑向變形沒有切向變形，只受到正應力不受切向應力。本發(fā)明通過U型槽側壁內表面來限制現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的切向變形，通過加載墊塊促使現(xiàn)澆砼襯砌局部試件發(fā)生徑向變形，這樣就滿足了軸對稱問題的位移邊界條件；由于加載墊塊和試件上表面之間只有正應力，而試件和U型槽側壁內表面以及側擋板之間也可以近似認為只有正應力(在潤滑材料的作用下，其摩擦力可以忽略不計)，這樣就滿足了軸對稱問題的應力邊界條件。
[0009]綜上所述，本發(fā)明可以模擬現(xiàn)澆砼襯砌的實際受力狀態(tài)及其破壞情況。本發(fā)明可用于研究圓形或類圓形隧道現(xiàn)澆砼襯砌的承載能力以及受力、變形、破壞等性質，還可以作為一種檢測施工質量的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明:
圖1為本發(fā)明的力學原理圖；
圖2為本發(fā)明的主體結構示意圖；
圖3為本發(fā)明所述的側擋板固定在U型槽的力學原理圖；
圖4為本發(fā)明的主體結構示意圖；
圖5為本發(fā)明的力學原理圖。
【具體實施方式】
[0011]結合附圖1，本發(fā)明采用局部試件的原理是在于:在特定情況下，隧道現(xiàn)澆砼襯砌的受力、變形和破壞問題可以近似認為是軸對稱問題，可以取其一部分(即本發(fā)明所述現(xiàn)澆砼襯砌局部試件I)進行試驗即可反映現(xiàn)澆砼襯砌整體的性質，進而本發(fā)明通過特定的實驗裝置和方法滿足了軸對稱邊界的應力和位移邊界條件。
[0012]結合附圖1、2和3，一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于包括以下步驟: ①制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件1，并在其側面涂潤滑材料，以減小其實驗過程中受到的摩擦力；所述的現(xiàn)澆砼襯砌局部試件1，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側面垂直于水平面；其實質是通過隧道軸線的兩個面切割隧道現(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.制作相應形狀的模具，仿照現(xiàn)場施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現(xiàn)場條件下養(yǎng)護一定時間后脫模，然后將其表面打磨光滑，b.通過切割機在隧道施工現(xiàn)場割取大致形狀的試件，通過磨石機等工具將其加工成標準形狀并打磨光滑，在側面涂潤滑材料；
②將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件放入U型槽2中，然后依次安裝加載墊塊3和側擋板4； 所述的U型槽2為整體結構，包括底板和兩個側壁；側壁內表面與水平面呈一定傾角，
并且這個傾角與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件兩個斜面的傾角匹配，現(xiàn)澆砼襯砌局部試件下表面和U型槽底板上表面之間預留變形空間5 ;底板下表面與試驗機加載裝置接觸，承受試驗機壓力;U型槽的作用在于將試驗機壓力垂直傳遞到現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的兩個側面，更真實的反映其在現(xiàn)場應用時的邊界條件；
所述的加載墊塊3，下表面為圓弧形與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件上表面接觸，左右兩側面與U型槽內表面平行，加載墊塊側面和U型槽內表面間留有空隙，防止加載過程中兩者發(fā)生擠壓；上表面為平面，與試驗機加載裝置接觸；加載墊塊的作用在于將試驗機壓力均勻傳遞到現(xiàn)澆砼襯砌局部試件上表面；
所述的側擋板4，共有兩塊，分別固定在U型槽的前后兩側，內表面與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸；其作用在于防止現(xiàn)澆砼襯砌局部試件發(fā)生軸向變形，以滿足平面應變狀態(tài)的要求，同時防止U型槽的側壁向兩側變形；
將上述組合結構放到實驗機上加載，記錄試件的破壞過程的力-位移曲線等數據；所WP、」尖驗機為可以施加壓力的試驗機；試件產生裂紋時對應的試驗機對試件的壓應力即為開裂承載力，試驗機對試件的最大壓應力即為破壞承載力，開裂承載力在力-位移曲線中對應的位移即為允許變形量；破壞承載力在力-位移曲線中對應的位移即為最大變形量。
[0013]結合圖4，為了隨時觀察記錄試件破壞情況，側擋板的其中一塊制作材料可以選用高強透明材料，并配條形鋼6加固。
[0014]結合圖5，為了隨時觀察記錄試件破壞情況，可以在兩塊側擋板上分別設置廣3條環(huán)向觀察縫7，為了減小對試件的影響，觀察縫寬度不宜過大。
[0015]以上所述實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體的實施方式的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于，包括以下步驟: ①制作現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，并在其側面涂潤滑材料；所述的現(xiàn)澆砼襯砌局部試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側面垂直于水平面；其制作方法包括如下兩種:a.制作相應形狀的模具，仿照現(xiàn)場施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現(xiàn)場條件下養(yǎng)護一定時間后脫模，然后將其表面打磨光滑；b.通過切割機在隧道施工現(xiàn)場割取大致形狀的試件，通過磨石機等工具將其加工成標準形狀并打磨光滑； ②將現(xiàn)澆砼襯砌局部試件放入U型槽中，然后依次安裝加載墊塊和側擋板；所述的U型槽為整體結構，包括底板和兩個側壁；側壁內表面與水平面呈一定傾角，并且這個傾角與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件兩個斜面的傾角匹配；所述的加載墊塊，下表面為圓弧形與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件上表面接觸，左右兩側面與U型槽內表面平行，加載墊塊側面和U型槽內表面間留有空隙；所述的側擋板，共有兩塊，分別固定在U型槽的前后兩側，內表面與現(xiàn)澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸； ③將上述組合結構放到實驗機上加載，記錄試件的破壞過程的力-位移曲線等數據；所述的實驗機為可以施加壓力的試驗機；試件產生裂紋時對應的試驗機對試件的壓應力即為開裂承載力，試驗機對試件的最大壓應力即為破壞承載力，開裂承載力在力-位移曲線中對應的位移即為允許變形量；破壞承載力在力-位移曲線中對應的位移即為最大變形量。
2.根據權利要求1所述的一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于通過聲發(fā)射設備探測裂紋擴展情況。
3.根據權利要求1所述的一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于所述側擋板的其中一塊制作材料選用高強透明材料，并配條形鋼加固。
4.根據權利要求1所述的一種隧道現(xiàn)澆砼襯砌承載能力測試方法，其特征在于在兩塊側擋板上分別設置廣3條環(huán)向觀察縫。
【文檔編號】G01N3/08GK103471917SQ201310425838
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】吳學震, 王剛, 蔣宇靜, 公彬 申請人:山東科技大學