本發(fā)明屬于巖土膨脹測試，具體涉及一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、由于我國地質(zhì)復(fù)雜多變，存在多種特殊類巖土，膨脹巖便是其中的一類典型代表。膨脹巖具有典型的吸水膨脹特性，在此類巖土區(qū)域內(nèi)進行工程建設(shè)會對構(gòu)筑物產(chǎn)生各類不良影響。具體到隧道工程，在膨脹巖中進行隧道施工建設(shè)時，靠近隧道輪廓的圍巖在吸水發(fā)生膨脹變形后，由于隧道襯砌緊貼圍巖，圍巖膨脹過程會受到襯砌的阻礙，進而會對襯砌產(chǎn)生一定的膨脹壓力，當(dāng)襯砌支護強度不足時膨脹壓力會導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)顯著的侵限變形甚至坍塌等問題，進而需要對襯砌進行拆除和換拱，嚴(yán)重阻礙施工進度和增加建設(shè)成本。因此，在膨脹巖地區(qū)進行隧道建設(shè)時，需要測試膨脹性圍巖的膨脹特性參數(shù)，以便為隧道設(shè)計提供參考依據(jù)。

2、盡管既有研究中已研制了多類裝置來測試膨脹巖基本參數(shù)，但是仍存在以下問題：1)測試時對膨脹巖試件四周進行剛性約束，也即膨脹巖試件的四周為剛性容器，未考慮圍壓對試件膨脹特性的影響，試件只能發(fā)生豎向膨脹變形，通過上述方式來測得其豎向膨脹力，容易導(dǎo)致測得數(shù)據(jù)與實際結(jié)果偏差大；2)試件四周與容器內(nèi)側(cè)的水平膨脹力和變形無法直接測得。

3、實際工程中，圍巖是處在一定的圍巖約束和圍壓共同作用下，進而當(dāng)圍巖發(fā)生吸水膨脹后對隧道襯砌產(chǎn)生膨脹力。因此，在進行隧區(qū)膨脹巖試件的膨脹特性參數(shù)測試時，必須考慮圍壓的影響，才能更好地還原膨脹巖試件的真實受力狀態(tài)，進而為膨脹巖隧道支護設(shè)計提供準(zhǔn)確、可靠參數(shù)，保證隧道施工和運營安全。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，可以解決上述技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明公開的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束的膨脹測試設(shè)備，包括方形的膨脹巖試件、用于對膨脹巖試件進行約束的模擬膨脹巖體，所述模擬膨脹巖體的中心開設(shè)有用于安裝所述膨脹巖試件的槽口，所述模擬膨脹巖體和膨脹巖試件的上表面齊平，所述模擬膨脹巖體安裝在一個用于盛水的容器內(nèi)，所述容器的高度大于模擬膨脹巖體的高度，所述容器的底部通過反力架支撐，所述容器與反力架之間安裝有豎向壓力傳感器；所述模擬膨脹巖體的四個側(cè)面均抵緊有側(cè)面圍壓板，所述側(cè)面圍壓板連接至千斤頂?shù)妮敵龆?，所述千斤頂?shù)妮敵龇较蜓刂M膨脹巖體的水平向，所述千斤頂安裝在反力架的側(cè)面，所述千斤頂與反力架之間安裝有水平壓力傳感器；所述膨脹巖試件的上表面安裝有加載板，所述加載板連接至加載裝置的輸出端，所述加載裝置安裝在反力架的頂部；所述反力架上同時安裝有用于監(jiān)測加載板位移的豎向位移監(jiān)測裝置以及用于監(jiān)測側(cè)面圍壓板位移的側(cè)向位移監(jiān)測裝置。

4、進一步，所述模擬膨脹巖體包括多層的膨脹巖槽體，每一層膨脹巖槽體均為方形結(jié)構(gòu)，各膨脹巖槽體的厚度相同，膨脹巖槽體的上表面齊平，最內(nèi)層的膨脹巖槽體內(nèi)形成所述槽口，其余的膨脹巖槽體從內(nèi)到外依次安裝在膨脹巖試件的外側(cè)。

5、進一步，所述側(cè)向位移監(jiān)測裝置包括側(cè)向位移監(jiān)測板和水平千分表，所述膨脹巖試件以及膨脹巖槽體的外側(cè)均安裝有側(cè)向位移監(jiān)測板，所述側(cè)向位移監(jiān)測板的上端沿著豎直方向向上延伸，所述側(cè)向位移監(jiān)測板位于膨脹巖試件或膨脹巖槽體的外側(cè)面中部，所述水平千分表通過支架安裝在反力架上，所述水平千分表的監(jiān)測端與側(cè)向位移監(jiān)測板表面接觸。

6、進一步，各層膨脹巖槽體對應(yīng)的側(cè)向位移監(jiān)測板的高度沿膨脹巖試件的外側(cè)至內(nèi)側(cè)逐漸變大。

7、進一步，所述豎向位移監(jiān)測裝置包括豎向千分表，所述豎向千分表通過支架安裝在反力架上，所述豎向千分表的監(jiān)測端與加載板表面接觸。

8、進一步，所述膨脹巖試件與加載板之間安裝有上部多孔板，所述加載板和上部多孔板上均開設(shè)有用于對所述側(cè)向位移監(jiān)測板進行讓位的開口槽，所述開口槽的寬度大于側(cè)向位移監(jiān)測板的寬度，所述容器和模擬膨脹巖體之間安裝有下部多孔板。

9、進一步，相鄰兩個膨脹巖槽體之間安裝有過濾布。

10、進一步，所述反力架的側(cè)面設(shè)置有用于安裝所述千斤頂?shù)墓潭ú邸?/p>

11、進一步，所述加載裝置包括直線電機，所述直線電機的輸出端連接至加載板。

12、本發(fā)明的有益效果在于：

13、本發(fā)明公開的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，在使用過程中，通過在容器中加水，水進入膨脹巖試件，膨脹巖試件吸水膨脹后分別通過豎向位移監(jiān)測裝置和側(cè)向位移監(jiān)測裝置可以對膨脹量進行測定，同時可以測得膨脹巖試件的豎向、水平向膨脹力和變形，測試更為精準(zhǔn)、全面。

14、本發(fā)明公開的設(shè)備中，通過在膨脹巖試件的外側(cè)安裝模擬膨脹巖體，模擬膨脹巖體為膨脹巖試件提供2.5維約束，考慮了真實隧道受力環(huán)境下，即圍壓+隧道2.5維圍巖約束作用下的膨脹巖的膨脹情況，可以獲取更準(zhǔn)確的膨脹參數(shù)。

15、本發(fā)明公開的設(shè)備中，裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本較低，測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可以反映膨脹巖試件真實受力情況，從而為工程設(shè)計提供可靠參數(shù)，減少隧道工程事故和換拱風(fēng)險。

16、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：包括方形的膨脹巖試件、用于對膨脹巖試件進行約束的模擬膨脹巖體，所述模擬膨脹巖體的中心開設(shè)有用于安裝所述膨脹巖試件的槽口，所述模擬膨脹巖體和膨脹巖試件的上表面齊平，所述模擬膨脹巖體安裝在一個用于盛水的容器內(nèi)，所述容器的高度大于模擬膨脹巖體的高度，所述容器的底部通過反力架支撐，所述容器與反力架之間安裝有豎向壓力傳感器；所述模擬膨脹巖體的四個側(cè)面均抵緊有側(cè)面圍壓板，所述側(cè)面圍壓板連接至千斤頂?shù)妮敵龆?，所述千斤頂?shù)妮敵龇较蜓刂M膨脹巖體的水平向，所述千斤頂安裝在反力架的側(cè)面，所述千斤頂與反力架之間安裝有水平壓力傳感器；所述膨脹試件的上表面安裝有加載板，所述加載板連接至加載裝置的輸出端，所述加載裝置安裝在反力架的頂部；所述反力架上同時安裝有用于監(jiān)測加載板位移的豎向位移監(jiān)測裝置以及用于監(jiān)測側(cè)面圍壓板位移的側(cè)向位移監(jiān)測裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2.5維圍巖約束的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：所述模擬膨脹巖體包括多層的膨脹巖槽體，每一層膨脹巖槽體均為方形結(jié)構(gòu)，各膨脹巖槽體的厚度相同，膨脹巖槽體的上表面齊平，最內(nèi)層的膨脹巖槽體內(nèi)形成所述槽口，其余的膨脹巖槽體從內(nèi)到外依次安裝在膨脹巖試件的外側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：所述側(cè)向位移監(jiān)測裝置包括側(cè)向位移監(jiān)測板和水平千分表，所述膨脹巖試件以及膨脹巖槽體的外側(cè)均安裝有側(cè)向位移監(jiān)測板，所述側(cè)向位移監(jiān)測板的上端沿著豎直方向向上延伸，所述側(cè)向位移監(jiān)測板位于膨脹巖試件或膨脹巖槽體的外側(cè)面中部，所述水平千分表通過支架安裝在反力架上，所述水平千分表的監(jiān)測端與側(cè)向位移監(jiān)測板表面接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：各層膨脹巖槽體對應(yīng)的側(cè)向位移監(jiān)測板的高度沿膨脹巖試件的外側(cè)至內(nèi)側(cè)逐漸變大。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：所述豎向位移檢測裝置包括豎向千分表，所述豎向千分表通過支架安裝在反力架上，所述豎向千分表的監(jiān)測端與加載板表面接觸。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：所述膨脹巖試件與加載板之間安裝有上部多孔板，所述加載板和上部多孔板上均開設(shè)有用于對所述側(cè)向位移監(jiān)測板進行讓位的開口槽，所述開口槽的寬度大于側(cè)向位移監(jiān)測板的寬度，所述容器和模擬膨脹巖體之間安裝有下部多孔板。

7.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：相鄰兩個膨脹巖槽體之間安裝有過濾布。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：所述反力架的側(cè)面設(shè)置有用于安裝所述千斤頂?shù)墓潭ú邸?/p>

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹測試設(shè)備，其特征在于：所述加載裝置包括直線電機，所述直線電機的輸出端連接至加載板。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種考慮圍壓+隧道2.5維圍巖約束特點的膨脹巖測試設(shè)備，屬于巖土測試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括方形的膨脹巖試件、用于對膨脹巖試件進行約束的模擬膨脹巖體，模擬膨脹巖體的四個側(cè)面均抵緊有側(cè)面圍壓板，側(cè)面圍壓板連接至千斤頂?shù)妮敵龆?，千斤頂?shù)妮敵龇较蜓刂M膨脹巖體的水平向，千斤頂安裝在反力架的側(cè)面，千斤頂與反力架之間安裝有水平壓力傳感器；膨脹巖試件的上表面安裝有加載板，加載板連接至加載裝置的輸出端，加載裝置安裝在反力架的頂部；反力架上同時安裝有用于監(jiān)測加載板位移的豎向位移監(jiān)測裝置以及用于監(jiān)測側(cè)面圍壓板位移的側(cè)向位移監(jiān)測裝置。本發(fā)明設(shè)備可以準(zhǔn)確測得膨脹巖試件的水平向、豎向膨脹力和變形，測試更為精準(zhǔn)、全面。

技術(shù)研發(fā)人員：刁國君,夏曾銀,章慧健,于聰飛,陳軍,李治中,侯磊超,焦大鵬,趙志國,劉功寧,蹇國,李志強,王文林,鄭余朝,吳鵬
受保護的技術(shù)使用者：中鐵隧道局集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10