本發(fā)明屬于隧道災(zāi)變相似模擬，尤其涉及一種自平衡可拼裝多向加載裝置。

背景技術(shù)：

1、隧道在修建過程中將穿越如高地應(yīng)力、高水壓、高地溫及軟弱圍巖等復(fù)雜不良地質(zhì)，為保障隧道安全，工程技術(shù)人員需提前預(yù)判不良地質(zhì)段圍巖在隧道開挖過程中所可能誘發(fā)的災(zāi)變及其與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)間的相互作用關(guān)系，從而可采取行之有效的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)建設(shè)與運(yùn)維期的結(jié)構(gòu)安全。對于不良地質(zhì)段的圍巖，通常其本身構(gòu)造復(fù)雜，另外，實(shí)際工程中多種不良地質(zhì)耦合的現(xiàn)象也較為常見，這勢必大大增加了科研與工程技術(shù)人員準(zhǔn)確掌握圍巖特性及其與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系的難度。

2、為解決上述難題，目前常采用物理相似模擬試驗(yàn)來研究解決相關(guān)問題。一般來說在滿足相似原理的前提下，隧道物理模擬試驗(yàn)?zāi)軌蚶孟嗨撇牧陷^為有效地模擬實(shí)際隧道工程施工、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及地層與周圍環(huán)境效應(yīng)等問題，可以較真實(shí)地反映地質(zhì)構(gòu)造與工程結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系以及隧道施工過程對工程本身和周圍環(huán)境的影響規(guī)律。

3、目前，已有用于實(shí)現(xiàn)隧道與地下工程結(jié)構(gòu)物理相似模擬試驗(yàn)的裝置或平臺一般仍存在以下問題，(1)試驗(yàn)裝置體積大，雖然試驗(yàn)加載能力強(qiáng)，但模型尺寸太大，模型制作過程中所耗費(fèi)的人力物力財(cái)力成本太大，從而導(dǎo)致設(shè)備閑置率較高；(2)對于中小型試驗(yàn)裝置，雖然模型尺寸較小，但試驗(yàn)?zāi)芰κ芟蓿瑹o法完成對復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造圍巖的模擬，也無法滿足小比尺模型定量化試驗(yàn)?zāi)M；(3)現(xiàn)有的裝置普遍需要配套建設(shè)反力墻以為加載設(shè)備提供反力，因而裝置整體建設(shè)成本高；(4)現(xiàn)有裝置基本只能實(shí)現(xiàn)豎向和水平兩個(gè)方向上的加載，很難實(shí)現(xiàn)對模型的三維加載，從而限制了裝置的試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

4、因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種自平衡可拼裝多向加載裝置來解決上述的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自平衡可拼裝多向加載裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自平衡可拼裝多向加載裝置，包括加載機(jī)構(gòu)，所述加載機(jī)構(gòu)內(nèi)腔用于固定模擬地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖土體；

3、所述加載機(jī)構(gòu)包括支撐設(shè)置在所述巖土體底端的下支撐組件，所述下支撐組件的兩側(cè)對稱設(shè)置有側(cè)加載組件，所述側(cè)加載組件與所述巖土體的側(cè)壁抵接設(shè)置，兩所述側(cè)加載組件的頂端之間設(shè)置有上加載組件，所述上加載組件的底端與所述巖土體的頂端抵接設(shè)置；

4、所述側(cè)加載組件包括若干拼合設(shè)計(jì)的側(cè)加載框，相鄰的所述側(cè)加載框之間可拆卸連接；所述側(cè)加載框內(nèi)設(shè)置有若干獨(dú)立設(shè)置的側(cè)加載液壓缸，所述側(cè)加載液壓缸的輸出端朝向所述巖土體并與所述巖土體側(cè)壁的側(cè)加載板抵接加載。

5、優(yōu)選的，所述側(cè)加載板包括若干獨(dú)立設(shè)置并與所述巖土體側(cè)壁抵接的側(cè)加載塊，相鄰的所述側(cè)加載塊之間限位滑動(dòng)；所述側(cè)加載塊與所述側(cè)加載液壓缸對應(yīng)設(shè)置，所述側(cè)加載液壓缸的輸出端與所述側(cè)加載塊的側(cè)壁抵接。

6、優(yōu)選的，所述下支撐組件包括底板，所述底板上設(shè)置有底框，所述底框內(nèi)縱向滑動(dòng)有下支撐板，所述巖土體放置在所述下支撐板的頂端；所述下支撐板與所述底板之間設(shè)置有若干陣列設(shè)置的下反力支撐桿，若干所述下反力支撐桿獨(dú)立控制。

7、優(yōu)選的，所述下支撐板包括若干拼合設(shè)置的下支撐塊，相鄰的所述下支撐塊之間縱向限位滑動(dòng)，相鄰的所述下支撐塊之間設(shè)置有用于限制位移方向的限位組件，所述限位組件與所述下支撐塊滾動(dòng)設(shè)置。

8、優(yōu)選的，所述下支撐塊的側(cè)壁開設(shè)有下連接槽，相鄰的所述下支撐塊的所述下連接槽對應(yīng)設(shè)置；對應(yīng)設(shè)置的兩所述下連接槽之間可拆卸設(shè)置有下連接塊。

9、優(yōu)選的，所述限位組件包括開設(shè)在所述下支撐塊側(cè)壁的限位槽，相鄰所述下支撐塊之間的限位槽對應(yīng)設(shè)置；對應(yīng)設(shè)置的兩所述限位槽之間設(shè)置有限位桿，所述限位桿的兩端分別伸出兩所述限位槽套設(shè)有限位環(huán)，所述限位環(huán)與所述下支撐塊的內(nèi)壁滾動(dòng)接觸，所述限位桿上螺紋連接有限位螺母，所述限位環(huán)與所述限位螺母抵接。

10、優(yōu)選的，所述限位環(huán)朝向所述下支撐塊內(nèi)壁的一側(cè)開設(shè)有若干對稱布置的限位孔，所述限位孔內(nèi)滑動(dòng)連接有限位座，所述限位座上滾動(dòng)設(shè)置有滾珠，所述滾珠伸出所述限位孔并與所述下支撐塊的內(nèi)壁滾動(dòng)接觸，所述限位座與所述限位孔之間設(shè)置有呈壓縮狀態(tài)的限位彈簧。

11、優(yōu)選的，所述上加載組件包括對稱布置在最上層的所述側(cè)加載框頂端的支撐框，兩所述支撐框之間設(shè)置有反力板，所述反力板朝向所述巖土體的一端設(shè)置有若干陣列設(shè)置的上加載液壓缸，若干所述上加載液壓缸的輸出端與抵接在所述巖土體頂端的上加載板加載設(shè)置。

12、優(yōu)選的，兩所述支撐框的前端兩側(cè)之間分別設(shè)置有加固橫梁，所述加固橫梁與所述底框之間設(shè)置有加固縱梁，所述加固縱梁與抵接在所述巖土體前側(cè)的端板抵接設(shè)置。

13、優(yōu)選的，所述端板上貫穿設(shè)置有若干流水孔，所述流水孔與外界的模擬水源連通，所述流水孔與所述巖土體內(nèi)腔連通。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：本發(fā)明公開了一種自平衡可拼裝多向加載裝置，加載機(jī)構(gòu)將模擬地層的巖土體進(jìn)行固定和多向加載；上加載組件和下支撐組件從上下兩側(cè)對巖土體的上下兩端進(jìn)行縱向加載，而上加載組件與下支撐組件的兩側(cè)之間的側(cè)加載組件對稱布置，可在巖土體的兩側(cè)向巖土體進(jìn)行側(cè)向加載，加載范圍廣，可真實(shí)的模擬不同地質(zhì)環(huán)境下的隧道受力，獲得更加真實(shí)的模擬數(shù)據(jù)，對該地質(zhì)條件下的隧道建設(shè)和隧道安全提供數(shù)據(jù)支撐，提高隧道施工和使用的安全性；側(cè)加載組件包括若干獨(dú)立拼合設(shè)置的側(cè)加載框，可根據(jù)地質(zhì)環(huán)境和加載需求進(jìn)行拼合，獲得對應(yīng)規(guī)格的側(cè)加載結(jié)構(gòu)，使用方便，組裝快捷，同時(shí)在不使用時(shí)可方便存儲和轉(zhuǎn)移，適配性好，降低了模擬實(shí)驗(yàn)的成本；側(cè)加載組件的側(cè)加載板通過若干的側(cè)加載液壓缸將進(jìn)行加載，可提高加載的均勻性，而獨(dú)立控制的側(cè)加載液壓缸還能模擬復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造下的地應(yīng)力環(huán)境，進(jìn)一步提高模擬的真實(shí)度。

15、本發(fā)明使用方便，模擬實(shí)驗(yàn)成本本地，具備對隧道及地下結(jié)構(gòu)施工災(zāi)變模型的三維加載能力，可開展隧道施工過程的圍巖災(zāi)變的三維模擬，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)病害演化及多重災(zāi)害耦合作用等方面的試驗(yàn)研究。

技術(shù)特征：

1.一種自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：包括加載機(jī)構(gòu)，所述加載機(jī)構(gòu)內(nèi)腔用于固定模擬地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖土體(1)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述側(cè)加載板(8)包括若干獨(dú)立設(shè)置并與所述巖土體(1)側(cè)壁抵接的側(cè)加載塊(9)，相鄰的所述側(cè)加載塊(9)之間限位滑動(dòng)；所述側(cè)加載塊(9)與所述側(cè)加載液壓缸(7)對應(yīng)設(shè)置，所述側(cè)加載液壓缸(7)的輸出端與所述側(cè)加載塊(9)的側(cè)壁抵接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述下支撐組件包括底板(10)，所述底板(10)上設(shè)置有底框(11)，所述底框(11)內(nèi)縱向滑動(dòng)有下支撐板(12)，所述巖土體(1)放置在所述下支撐板(12)的頂端；所述下支撐板(12)與所述底板(10)之間設(shè)置有若干陣列設(shè)置的下反力支撐桿(13)，若干所述下反力支撐桿(13)獨(dú)立控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述下支撐板(12)包括若干拼合設(shè)置的下支撐塊(15)，相鄰的所述下支撐塊(15)之間縱向限位滑動(dòng)，相鄰的所述下支撐塊(15)之間設(shè)置有用于限制位移方向的限位組件，所述限位組件與所述下支撐塊(15)滾動(dòng)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述下支撐塊(15)的側(cè)壁開設(shè)有下連接槽(16)，相鄰的所述下支撐塊(15)的所述下連接槽(16)對應(yīng)設(shè)置；對應(yīng)設(shè)置的兩所述下連接槽(16)之間可拆卸設(shè)置有下連接塊(17)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述限位組件包括開設(shè)在所述下支撐塊(15)側(cè)壁的限位槽(18)，相鄰所述下支撐塊(15)之間的限位槽(18)對應(yīng)設(shè)置；對應(yīng)設(shè)置的兩所述限位槽(18)之間設(shè)置有限位桿(19)，所述限位桿(19)的兩端分別伸出兩所述限位槽(18)套設(shè)有限位環(huán)(20)，所述限位環(huán)(20)與所述下支撐塊(15)的內(nèi)壁滾動(dòng)接觸，所述限位桿(19)上螺紋連接有限位螺母(21)，所述限位環(huán)(20)與所述限位螺母(21)抵接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述限位環(huán)(20)朝向所述下支撐塊(15)內(nèi)壁的一側(cè)開設(shè)有若干對稱布置的限位孔(22)，所述限位孔(22)內(nèi)滑動(dòng)連接有限位座(23)，所述限位座(23)上滾動(dòng)設(shè)置有滾珠(24)，所述滾珠(24)伸出所述限位孔(22)并與所述下支撐塊(15)的內(nèi)壁滾動(dòng)接觸，所述限位座(23)與所述限位孔(22)之間設(shè)置有呈壓縮狀態(tài)的限位彈簧(25)。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述上加載組件包括對稱布置在最上層的所述側(cè)加載框(6)頂端的支撐框(26)，兩所述支撐框(26)之間設(shè)置有反力板(27)，所述反力板(27)朝向所述巖土體(1)的一端設(shè)置有若干陣列設(shè)置的上加載液壓缸(28)，若干所述上加載液壓缸(28)的輸出端與抵接在所述巖土體(1)頂端的上加載板(29)加載設(shè)置。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：兩所述支撐框(26)的前端兩側(cè)之間分別設(shè)置有加固橫梁(30)，所述加固橫梁(30)與所述底框(11)之間設(shè)置有加固縱梁(31)，所述加固縱梁(31)與抵接在所述巖土體(1)前側(cè)的端板(3)抵接設(shè)置。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自平衡可拼裝多向加載裝置，其特征在于：所述端板(3)上貫穿設(shè)置有若干流水孔(4)，所述流水孔(4)與外界的模擬水源連通，所述流水孔(4)與所述巖土體(1)內(nèi)腔連通。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于隧道災(zāi)變相似模擬技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種自平衡可拼裝多向加載裝置，包括用于固定巖土體的加載機(jī)構(gòu)，加載機(jī)構(gòu)包括下支撐組件、側(cè)加載組件和上加載組件，側(cè)加載組件與巖土體的側(cè)壁抵接設(shè)置，上加載組件位于巖土體的頂端；側(cè)加載組件包括若干可拆卸拼合設(shè)計(jì)的側(cè)加載框；側(cè)加載框內(nèi)設(shè)置有若干獨(dú)立設(shè)置的側(cè)加載液壓缸，側(cè)加載液壓缸的輸出端朝向巖土體并與巖土體側(cè)壁的側(cè)加載板抵接加載。本發(fā)明使用方便，可通過自由拼裝出不同尺寸規(guī)模的加載模型，有效降低模擬實(shí)驗(yàn)成本低，具備對隧道及地下結(jié)構(gòu)施工災(zāi)變模型的三維加載能力，可開展隧道施工過程的圍巖災(zāi)變的三維模擬，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)病害演化及多重災(zāi)害耦合作用等方面的試驗(yàn)研究。

技術(shù)研發(fā)人員：李雪峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10