隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法，其特征在于包括以下步驟：制作現澆砼襯砌局部試件；將現澆砼襯砌局部試件安裝到特制的試件加載盒中；通過靜力加載系統對試件加載盒施加靜載荷；將上述實驗裝置安裝到豎直向電液伺服驅動式地震模擬振動臺上輸入震動荷載；先后卸去震動荷載和靜荷載，記錄分析試件的破壞情況，從而評估其抗震性能。本發明通過特殊的加載機構模擬了現澆砼襯砌的實際受力狀態，結合現有的地震模擬振動臺，對其局部試件進行抗震性能測試，可以較好的反映圓形或類圓形隧道現澆砼襯砌結構整體的抗震特性。本發明采用現澆砼襯砌局部試件進行試驗，相對于全斷面實驗大大節省了實驗成本。
【專利說明】隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及隧道支護結構抗震性能的研究，特別是涉及一種隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法。
【背景技術】
[0002]隨著西部大開發戰略的實施，大量公路、鐵路和水電建設中的隧道工程將修建在活斷層附近和高烈度地震區。比如，我國現有鐵路隧道上萬座，其中有近千座位于強地震區內，其抗震安全性是工程設計人員非常關心的問題。
[0003]為了減小地震引起的災害，在隧道支護設計時應充分考慮支護結構的抗震性能。現澆砼襯砌作為地下工程常用的支護結構，在地震荷載影響下經常發生剝落、裂紋和坍塌破壞等現象。為了防止這些事故的發生，需要對現澆砼襯砌的抗震性能進行合理的測試。
[0004]由于在現場條件下，震動荷載無法人為施加，所以不能在現場測試其抗震性能；通過實驗室模型試驗的話，相似比難以確定，且尺寸效應非常明顯，不能作為檢測抗震性能的方法；通過實驗室原型試驗的話，成本較高，且同樣面臨邊界條件難以滿足，震動荷載難以施加的缺點。
[0005]合理的測試方法首先要能夠體現現澆砼襯砌的弧形殼體結構特點；其次，應該能夠使其受力狀態與現場條件相同或相似，即在圍巖壓力作用下，襯砌達到在高應力狀態并保持一定時間，待變形穩定后施加震動荷載，以研究地震對隧道襯砌的影響。由于受到各種條件的限制，目前還沒有一種實驗方法能夠滿足上述要求，因此很難直接測試現澆砼襯砌的抗震性能。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法。
[0007]其技術解決方案是:
一種隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法，其特征在于包括以下步驟:
I'制作現澆砼襯砌局部試件，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澆砼襯砌形成的類似梯形的試塊；現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，仿照現場施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現場條件下養護一定時間后脫模，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；
I將現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、加載墊塊和側擋板；u型槽為整體結構,包括底板和兩個側壁；三棱柱墊塊兩個直角面分別與U型槽的底板和側壁內表面接觸，其斜面傾角與澆砼襯砌局部試件兩個斜面傾角匹配；加載墊塊下表面為圓弧形與現澆砼襯砌局部試件上表面接觸，加載墊塊左右側面和三棱柱墊塊的斜面間留有空隙，防止加載過程中兩者發生擠壓；側擋板固定在U型槽的前后兩側，其內表面與現澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸，作用在于防止現澆砼襯砌局部試件發生軸向變形，以滿足平面應變狀態的要求；
f通過靜力加載系統對試件加載盒施加靜載荷,使試件達到要求的應力狀態，以模擬圍巖壓力對現澆砼襯砌的作用；所述的靜力加載系統包括底座、千斤頂、反力墊板、反力鋼筋和支撐導軌，千斤頂用于施加靜載荷，反力墊板左右兩側分別設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；支撐導軌固定在底座上，其作用是在實驗前托住試件加載盒，在實驗過程中防止其發生偏斜；
T將上述實驗裝置安裝到豎直向電液伺服驅動式地震模擬振動臺上，輸入指定頻率、振幅和波形的震動荷載；通過應力和變形測量單元，如應力傳感器和應變傳感器等，測量試件在實驗過程中應力和變形情況，以分析其動力響應特性；
I:先后卸去震動荷載和靜荷載，卸開試件加載盒并取出試件，記錄分析試件的破壞情況，從而評估其抗震性能。
[0008]本發明的原理是:
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，取其一部分進行試驗即可反映現澆砼襯砌整體的性質。
[0009]本發明利用特制的試件加載盒和靜力加載系統，結合現有的地震模擬振動臺，在考慮圓形或類圓形隧道現澆砼襯砌的弧形殼體結構特點的基礎上，對其局部試件進行抗震性能測試，可以較好的反映結構整體的抗震特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步說明:
圖1為本發明的力學原理圖；
圖2為本發明的主體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]結合附圖1，本發明的依據在于，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，取其一部分進行試驗即可反映現澆砼襯砌整體的性質。
[0012]結合附圖2，一種隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法，其特征在于包括以下步驟: I'制作現澆砼襯砌局部試件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澆砼襯砌形成的類似梯形的試塊；現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，仿照現場施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現場條件下養護一定時間后脫模，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。
[0013]I將現澆砼襯砌局部試件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和側擋板；U型槽2為整體結構，包括底板和兩個側壁；三棱柱墊塊3兩個直角面分別與U型槽2的底板和側壁內表面接觸，其斜面傾角與澆砼襯砌局部試件I兩個斜面傾角匹配；加載墊塊4下表面為圓弧形與現澆砼襯砌局部試件I上表面接觸，加載墊塊4左右側面和三棱柱墊塊3的斜面間留有空隙，防止加載過程中兩者發生擠壓；側擋板固定在U型槽的前后兩側，其內表面與現澆砼襯砌局部試件的前后表面接觸，作用在于防止現澆砼襯砌局部試件發生軸向變形，以滿足平面應變狀態的要求。
[0014]I通過靜力加載系統對試件加載盒施加靜載荷，使試件達到要求的應力狀態，以模擬圍巖壓力對現澆砼襯砌的作用；所述的靜力加載系統包括底座5、千斤頂6、反力墊板
7、反力鋼筋8和支撐導軌9，千斤頂6用于施加靜載荷，反力墊板7左右兩側分別設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；支撐導軌9固定在底座上，其作用是在實驗前托住試件加載盒，在實驗過程中防止其發生偏斜。
[0015]?將上述實驗裝置安裝到豎直向電液伺服驅動式地震模擬振動臺10上，輸入指定頻率、振幅和波形的震動荷載；通過應力和變形測量單元,如應力傳感器和應變傳感器等，測量試件在實驗過程中應力和變形情況，以分析其動力響應特性。
[0016]I先后卸去震動荷載和靜荷載，卸開試件加載盒并取出試件，記錄分析試件的破壞情況，從而評估其抗震性能。
[0017]以上所述實施例，只是本發明較優選的具體的實施方式的一種，本領域的技術人員在本發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明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種隧道現澆砼襯砌抗震性能測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:制作現澆砼襯砌局部試件，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；現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，仿照現場施工情況綁扎鋼筋澆灌混凝土，在類現場條件下養護一定時間后脫模，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； 第二步:將現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、加載墊塊和側擋板；U型槽為整體結構，包括底板和兩個側壁；三棱柱墊塊兩個直角面分別與U型槽的底板和側壁內表面接觸，其斜面傾角與澆砼襯砌局部試件兩個斜面傾角匹配；加載墊塊下表面為圓弧形，加載墊塊左右側面和三棱柱墊塊的斜面間留有空隙；側擋板固定在U型槽的前后兩側； 第三步:通過靜力加載系統對試件加載盒施加靜載荷,使試件達到要求的應力狀態，以模擬圍巖壓力對現澆砼襯砌的作用；所述的靜力加載系統包括底座、千斤頂、反力墊板、反力鋼筋和支撐導軌； 第四步:將上述實驗裝置安裝到豎直向電液伺服驅動式地震模擬振動臺上，輸入指定頻率、振幅和波形的震動荷載；通過應力和變形測量單元,如應力傳感器和應變傳感器等，測量試件在實驗過程中應力和變形情況，以分析其動力響應特性； 第五步:先后卸去震動荷載和靜荷載，卸開試件加載盒并取出試件，記錄分析試件的破壞情況，從而評估其抗震性能。
【文檔編號】G01M7/02GK103471796SQ201310425741
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】蔣宇靜, 吳學震, 王剛 申請人:山東科技大學