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(cè)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(cè)擋板；將上述組合結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)。本發(fā)明通過特殊的加載機構(gòu)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(zhì)，還可以作為一種檢測施工質(zhì)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(shù)領(lǐng)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(zhì)量檢測領(lǐng)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(shù)】
[0002]在高地應(yīng)力或軟弱圍巖條件下，隧道現(xiàn)澆砼襯砌經(jīng)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(dǎo)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(shè)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(zhì)量進行取樣測試。傳統(tǒng)測試都是取圓柱形或立方體標(biāo)準(zhǔn)試件進行相應(yīng)的強度測試，不能考慮現(xiàn)澆砼襯砌的弧形殼體結(jié)構(gòu)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(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)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(shù)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(cè)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(cè)面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面；其實質(zhì)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)擋板；
所述的U型槽為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個側(cè)壁；側(cè)壁內(nèi)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(cè)面，更真實的反映其在現(xiàn)場應(yīng)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(cè)面與U型槽內(nèi)表面平行，加載墊塊側(cè)面和U型槽內(nèi)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(cè)擋板，共有兩塊，分別固定在U型槽的前后兩側(cè)，內(nèi)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(yīng)變狀態(tài)的要求，同時防止U型槽的側(cè)壁向兩側(cè)變形； ③將上述組合結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)；所述的實驗機為可以施加壓力的試驗機；試件產(chǎn)生裂紋時對應(yīng)的試驗機對試件的壓應(yīng)力即為開裂承載力，試驗機對試件的最大壓應(yīng)力即為破壞承載力，開裂承載力在力-位移曲線中對應(yīng)的位移即為允許變形量；破壞承載力在力-位移曲線中對應(yīng)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(shè)備探測裂紋擴展情況；b.側(cè)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(cè)擋板上分別設(shè)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(zhì)。
[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(yīng)力不受切向應(yīng)力。本發(fā)明通過U型槽側(cè)壁內(nèi)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(yīng)力，而試件和U型槽側(cè)壁內(nèi)表面以及側(cè)擋板之間也可以近似認為只有正應(yīng)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(yīng)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(zhì)，還可以作為一種檢測施工質(zhì)量的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)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(xué)原理圖；
圖2為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明所述的側(cè)擋板固定在U型槽的力學(xué)原理圖；
圖4為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明的力學(xué)原理圖。
【具體實施方式】
[0011]結(jié)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(zhì)，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(yīng)力和位移邊界條件。
[0012]結(jié)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(cè)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(cè)面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面；其實質(zhì)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)形狀并打磨光滑，在側(cè)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(cè)擋板4； 所述的U型槽2為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個側(cè)壁；側(cè)壁內(nèi)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(yù)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(cè)面，更真實的反映其在現(xiàn)場應(yīng)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(cè)面與U型槽內(nèi)表面平行，加載墊塊側(cè)面和U型槽內(nèi)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(cè)擋板4，共有兩塊，分別固定在U型槽的前后兩側(cè)，內(nèi)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(yīng)變狀態(tài)的要求，同時防止U型槽的側(cè)壁向兩側(cè)變形；
將上述組合結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)；所WP、」尖驗機為可以施加壓力的試驗機；試件產(chǎn)生裂紋時對應(yīng)的試驗機對試件的壓應(yīng)力即為開裂承載力，試驗機對試件的最大壓應(yīng)力即為破壞承載力，開裂承載力在力-位移曲線中對應(yīng)的位移即為允許變形量；破壞承載力在力-位移曲線中對應(yīng)的位移即為最大變形量。
[0013]結(jié)合圖4，為了隨時觀察記錄試件破壞情況，側(cè)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(jié)合圖5，為了隨時觀察記錄試件破壞情況，可以在兩塊側(cè)擋板上分別設(shè)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(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)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(cè)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(cè)面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面；其制作方法包括如下兩種:a.制作相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)擋板；所述的U型槽為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個側(cè)壁；側(cè)壁內(nèi)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(cè)面與U型槽內(nèi)表面平行，加載墊塊側(cè)面和U型槽內(nèi)表面間留有空隙；所述的側(cè)擋板，共有兩塊，分別固定在U型槽的前后兩側(cè)，內(nèi)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)；所述的實驗機為可以施加壓力的試驗機；試件產(chǎn)生裂紋時對應(yīng)的試驗機對試件的壓應(yīng)力即為開裂承載力，試驗機對試件的最大壓應(yīng)力即為破壞承載力，開裂承載力在力-位移曲線中對應(yīng)的位移即為允許變形量；破壞承載力在力-位移曲線中對應(yīng)的位移即為最大變形量。
2.根據(jù)權(quán)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(shè)備探測裂紋擴展情況。
3.根據(jù)權(quán)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(cè)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(jù)權(quán)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(cè)擋板上分別設(shè)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(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】吳學(xué)震, 王剛, 蔣宇靜, 公彬 申請人:山東科技大學(xué)