一種可雙向加載的隧道模型試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道模型試驗裝置，特別是一種可雙向加載的隧道模型試驗裝置。
【背景技術】
[0002]一直以來，隧道物理模型都在研究實際隧道工程結構與周邊地層的相互響應方面占有十分重要的地位。而實際工程隧道通常都會因其深埋位置、地層條件或構造應力不同而存在著完全不同的地應力，要使隧道模型能夠準確反應實際隧道的工程狀況，這就要求物理模型實驗裝置能夠?qū)λ淼滥Ｐ瓦M行至少兩個方向上的加載，目前，對隧道模型進行雙向加載常采用液壓千斤頂進行上下和左右兩側的加載，前后兩側則用擋板封閉的方式，但各向壓頭壓板間以及壓板與擋板間通常都留有較大的縫隙，模型材料易從縫隙擠出，特別較軟的模型材料；同時，由于存在縫隙，千斤頂?shù)募虞d力也不能完全施加于整個模型邊界上，導致模型邊界應力與實際工程也存在一定的差別；另外，液壓千斤頂因需有一個專門的液壓控制系統(tǒng)，這就使得隧道模型實驗裝置成本較高，長期實用還易發(fā)生漏油現(xiàn)象。所以，綜上所述，當前隧道物理模型實驗裝置不能較好的滿足對模型的雙向同時加載要求，特別是較軟地層條件，難以準確反映實際工程巖體的真實受力狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可雙向加載的隧道模型試驗裝置，解決目前隧道物理模型實驗裝置不能很好的對隧道模型進行雙向同時加載的要求。
[0004]本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置所采用的技術方案如下:
本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置，包括整體框架、千斤頂雙向加載結構、可調(diào)節(jié)的底板平臺和可拆卸的玻璃箱體，所述玻璃箱體位于整體框架中心，底板平臺設置在玻璃箱體底部，千斤頂雙向加載結構的數(shù)量為四組，四組千斤頂雙向加載結構分別位于玻璃箱體的四個側邊與整體框架的內(nèi)壁之間；整體框架用于固定千斤頂雙向加載結構并為其提供實驗反力；整體框架為模型外側整體鋼框架，千斤頂雙向加載結構為用于對隧道模型進行緩慢加載或卸載的手搖式千斤頂雙向加載結構，并以手搖的形式對隧道模型進行緩慢加載或卸載來模擬實際隧道工程的周邊壓力；底板平臺為用于初始固定模型并方便其雙向加載的底板平臺；玻璃箱體為用于澆筑模型材料并與試驗加載裝置相聯(lián)結的玻璃箱體。
[0005]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述整體框架由四塊邊板首尾焊接而成的整體式四邊形框架結構，在每塊邊板內(nèi)側均固定設置有一個鋼板，且在每塊鋼板上均預留一個與千斤頂雙向加載結構相配合的孔洞。
[0006]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述每組千斤頂雙向加載結構均包括手搖式千斤頂、壓力傳感器、壓力數(shù)顯器、壓頭、滑動鋼板、滑輪固定裝置和銜接鋼板，手搖式千斤頂根部與一塊邊板的內(nèi)壁中部固定連接，手搖式千斤頂端部穿過鋼板與壓頭相連接，滑動鋼板設置在壓頭前端并通過螺栓相連，滑動鋼板與銜接鋼板通過滑輪固定裝置連接在一起，壓力傳感器位于手搖式千斤頂頂部并與壓力數(shù)顯器相連，
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述四組千斤頂雙向加載結構的四個方向的銜接鋼板環(huán)繞在玻璃箱體四周，并通過首尾相互銜接的方式組合在一起，同時各塊銜接鋼板的四側都加工成圓柱面的形式。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述底板平臺包括中空鋼板和上下調(diào)節(jié)閥，中空鋼板設置在玻璃箱體底部，上下調(diào)節(jié)閥的數(shù)量為兩個，兩個上下調(diào)節(jié)閥左右相互對稱設置在中空鋼板的相對外側，以保證模型玻璃箱體能夠平穩(wěn)安放在該底板平臺的同時，底部千斤頂加載結構的壓頭壓板能夠通過中空裝置穿過該板而與模型箱體相互連接而對模型進行底部加載；另外，通過控制上下調(diào)節(jié)閥的高度則有助于其他三側手搖式千斤頂加載結構與玻璃箱體的連接，提高了雙向加載的整體穩(wěn)定性。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述玻璃箱體包括外圍玻璃板、中空玻璃板、封口玻璃板、墊塊、螺栓和螺桿，在外圍玻璃板和中空玻璃板四個邊角處均預留有一個墊塊孔口和一個螺栓孔，在封口玻璃板上預留隧道開挖孔洞，所述封口玻璃板內(nèi)嵌于中空玻璃板中部，夕卜圍玻璃板和中空玻璃板前后設置，墊塊的數(shù)量為十二個，每三個為一組共四組，每組墊塊均插入到外圍玻璃板和中空玻璃板上的一個墊塊孔口內(nèi)，螺栓和螺桿的數(shù)量為四根，四根螺桿分別插入到外圍玻璃板和中空玻璃板上的螺栓孔內(nèi)并通過螺栓進行固定。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，還包括設置在玻璃箱體前后兩側的鋼框架板，鋼框架板采用封口螺桿組合連接起來，以保證封口玻璃板不會在加載過程中被頂出。
[0010]本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的試驗步驟是:
(1)將外圍玻璃板和中空玻璃板通過四根螺栓螺桿前后相連；
(2)將滑動鋼板與銜接鋼板通過首尾相互銜接的方式設置在外圍玻璃板和中空玻璃板所形成的夾層之間共同形成一個六面體，然后用十二個墊塊穿過外圍玻璃板和中空玻璃板以固定銜接鋼板，使其在澆筑模型材料時不會發(fā)生移動，外圍玻璃板和中空玻璃板上的螺栓孔同軸設置，螺栓插入到螺栓孔內(nèi)并同時擰緊四根螺桿上的螺栓，使六面體形成一個頂端開口，其余五面均封閉的箱體結構；
(3 )往六面體中不斷澆筑模型材料直至澆滿，然后將封口玻璃板內(nèi)嵌于中空玻璃板處，完成模型封口，然后再用兩塊外圍鋼框架板和八根封口螺桿將封口玻璃板和外圍玻璃板連接成一個玻璃箱；
(4)將玻璃箱搬至底板平臺上，通過調(diào)整上下調(diào)節(jié)閥來調(diào)整底板平臺高度，并通過壓頭上的螺栓將四個千斤頂?shù)膲侯^與滑動鋼板固定在一起；
(5)取出十二個墊塊，輪換搖動四個手搖式千斤頂進行分級加載，使隧道模型四個方向的加載力滿足試驗邊界的壓力要求；
(6)根據(jù)預先設計好的隧道開挖方案，開始對模型隧道進行相應的開挖試驗。
[0011 ] 本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的優(yōu)點是，不僅能夠進行雙向同時加載，還能保證模型內(nèi)材料不會被壓縮擠出，具有簡單靈活、使用經(jīng)濟、操作方便和易于推廣優(yōu)點，同時，還能在與開挖相對的另一側布置一臺高分辨率數(shù)碼相機對一系列開挖試驗圖像進行采集，進而可獲得開挖過程中巷道周邊巖體的全場變形破裂基礎數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的主視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的鋼板主視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的銜接鋼板的安裝示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的中空鋼板的主視圖。
[0016]圖5是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的外圍玻璃板主視圖。
[0017]圖6是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的中空玻璃板主視圖。
[0018]圖7是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的第一鋼框架板主視圖。
[0019]圖8是本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置的第二鋼框架板主視圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1至8所示，本發(fā)明可雙向加載的隧道模型試驗裝置，包括整體框架、千斤頂雙向加載結構、可調(diào)節(jié)的底板平臺和可拆卸的玻璃箱體，所述玻璃箱體位于整體框架中心，底板平臺設置在玻璃箱體底部，千斤頂雙向加載結構的數(shù)量為四組，四組千斤頂雙向加載結構分別位于玻璃箱體的四個側邊與整體框架的內(nèi)壁之間。
[0021]整體框架用于固定千斤頂雙向加載結構并為其提供實驗反力；整體框架為模型外側整體鋼框架，千斤頂雙向加載結構為用于對隧道模型進行緩慢加載或卸載的手搖式千斤頂雙向加載結構，并以手搖的形式對隧道模型進行緩慢加載或卸載來模擬實際隧道工程的周邊壓力；底板平臺為用于初始固定模型并方便其雙向加載的底板平臺；玻璃箱體為用于澆筑模型材料并與試驗加載裝置相聯(lián)結的玻璃箱體。
[0022]整體框架由四塊邊板14首尾焊接而成的整體式四邊形框架結構，在每塊邊板內(nèi)側均固定設置有一個鋼板3，且在每塊鋼板3上均預留一個與千斤頂雙向加載結構相配合的孔洞。具體為在鋼板3上與手搖式千斤頂I結構壓頭4相接的位置，預留一個與壓頭圓軸直徑相近的孔洞，以保證壓頭4能夠在加卸載時軸向移動又不會因銜接鋼板相互錯動而產(chǎn)生搖晃。
[0023]每組千斤頂雙向加載結構均包括手搖式千斤頂1、壓力傳感器2、壓力數(shù)顯器、壓頭4、滑動鋼板9、滑輪固定裝置和銜接鋼板8，手搖式千斤頂I的作用是通過手搖的形式而使千斤頂對模型進行緩慢加載或卸載，所述手搖式千斤頂I根部與一塊邊板14的內(nèi)壁中部固定連接，手搖式千斤頂I端部穿過鋼板3與壓頭4相連接，滑動鋼板9設置在壓頭4前端并通過螺栓相連，目的是使千斤頂加載結構能夠與模型玻璃箱體相互分離或組合，便于模型材料的單獨澆筑和加載?；瑒愉摪?與銜接鋼板8通過滑輪固定裝置連接在一起，保證銜接鋼板8在進行雙向加載時能夠相互錯動且能對模型進行軸向加載。壓力傳感器2位于手搖式千斤頂I頂部并與壓力數(shù)顯器相連，主要功能是顯示各個千斤頂?shù)募虞d力數(shù)值。所述四組千斤頂雙向加載結構的四個方向的銜接鋼板8環(huán)繞在玻璃箱體四周，并通過首尾相互銜接的方式組合在一起，同時各塊銜接鋼板8的四側都加工成圓柱面的形式，保證銜接鋼板8與銜接鋼板間或銜接鋼板與玻璃板間都相交于一條線，減小了相互間的滑動摩擦影響并能保證雙向加載壓縮模型時模型材料不會從銜接處擠出。
[0024]底板平臺包括中空鋼板12和上下調(diào)節(jié)閥13，中空鋼板12設置在玻璃箱體底部，上下調(diào)節(jié)閥13的數(shù)量為兩個，兩個上下調(diào)節(jié)閥13左右相互對稱設置在中空鋼板12的相對外偵牝以保證模型玻璃箱體能夠平穩(wěn)安放在該底板平臺的同時，底部千斤頂加載結構的壓頭壓板能夠通過中空螺栓10穿過該板而與模型箱體相互連接而對模型進行底部加載；另外，通過控制上下調(diào)節(jié)閥12的高度則有助于其他三側手搖式千斤頂加載結構與玻璃箱體的連接，提尚了雙向加載的整體穩(wěn)定性。
[0025]玻璃箱體主要用來澆筑模型材料并與試驗加載裝置相聯(lián)結，所述玻璃箱體包括外圍玻璃板15、中空玻璃板16、封口玻璃板11、墊塊7、螺栓和螺桿，在外圍玻璃板15和中空玻璃板16四個邊角處均預留有一個墊塊孔口和一個螺栓孔，在封口玻璃板11上預留隧道開挖孔洞，所述封口玻璃板11內(nèi)嵌于中空玻璃