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专利号: 2018105956217
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置,包括反力框架(8),其特征在于:反力框架(8)上放置有顶面敞开的压力侧限盒(1),压力侧限盒(1)的一侧面上设置有观察窗(2),压力侧限盒(1)盒体内相邻的两个内部侧面各安装有侧旁压板(11),压力侧限盒(1)盒体内底面紧贴设置有底旁压板(6),安装了侧旁压板(11)和底旁压板(6)的压力侧限盒(1)盒体内部填充有填充物(16),填充物(16)上方放置有上旁压板(12),千斤顶(7)通过加载板(15)设置于上旁压板(12)上;

底旁压板(6)、侧旁压板(11)以及上旁压板(12)上分别安装有多个压力传感器,各压力传感器与压力采集处理装置连接;

压力侧限盒(1)的各侧壁上均设置有刻度线(3);

压力侧限盒(1)四周分别布置磁性表座(4),磁性表座(4)通过磁力粘贴在反力框架(8)上,在磁性表座上固定有测量沉降量的百分表(5),百分表(5)前段探头伸入压力侧限盒内(1)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置,其特征在于:观察窗(2)中,压力侧限盒(1)的一侧面上开设有方形缺口,缺口上安装有透明钢化板,刻度线(3)设置于透明钢化板上。

3.根据权利要求1所述的一种模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置,其特征在于:加载板(15)为带提手的盖体。

4.根据权利要求1所述的一种模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置,其特征在于各压力传感器的布置位置为:底旁压板(6)中心位置设置有一个底压力传感器(14),底旁压板(6)四个角上各有一个角压力传感器(18);

各侧旁压板(11)上沿对角线方向等距离布置有四个侧压力传感器(19);

上旁压板(12)中心位置设置有一个上压力传感器(20)。

5.根据权利要求1所述的一种模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置,其特征在于:反力框架(8)中,穿过底板(9)和顶板的多根连接杆(10)通过螺母和垫片连接后形成框架体。

6.根据权利要求6所述的一种模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置,其特征在于:反力框架(8)的底板(9)下部安装有多个可拆卸滑轮(13)。

7.一种上述权利要求1-6中任一项所述的模拟围岩内部衬砌变形条件的侧限装置的使用方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1:制作压力侧限盒(1):根据尺寸要求焊接顶面敞开的压力侧限盒(1),压力侧限盒(1)的其一侧壁面上设有长方形状的开口;

步骤2:组装压力侧限盒(1):在压力侧限盒(1)的开口处安装配合使用的透明钢化板形成观察窗(2),将透明钢化板有刻度的一面朝外放入压力侧限盒内正面开口处,压力侧限盒(1)内部侧壁表面及透明钢化板上均设置有刻度线(3);

步骤3:反力框架(8)组装:将两端带有螺纹的连接杆(10)穿过四角开孔的顶板和底板(9)并将顶板调整至合适高度,通过垫片和螺母拧紧固定连接,组成反力框架(8);

步骤4:部件组装:在反力框架(8)底部安装可拆卸滑轮(13)通过铰接的方式与底部铁板连接起来,使其在未进行试验时运输方便,在开始试验前拆卸可拆卸滑轮(13);

步骤5:各压力传感器布置:在压力侧限盒(1)的相邻的两个内部侧面各安装一块侧旁压板(11),在压力侧限盒(1)底部紧贴内侧安装一块底旁压板(6),在各侧旁压板(11)对角线上均匀布置四个侧压力传感器(19),在底旁压板(6)正中央布置一个底压力传感器(14),在底旁压板(6)四个角上各布置一个角压力传感器(18),将各压力传感器与压力采集处理装置连接;

步骤6:充填填充物:在压力侧限盒(1)中填充填充物;

步骤7:安装上旁压板(12)及压力传感器:将上旁压板(12)压覆在填充物上表面,再在上旁压板(12)正中央布置一个上压力传感器(20),将上压力传感器(20)与压力采集处理装置电连接;

步骤8::调整装置:在压力侧限盒(1)顶部安装加载板(15),将带有加载板(15)的压力侧限盒(1)整体放置到反力框架(8)内部的底板(9)上,并将千斤顶(7)放置于加载板(15)上,再次调整反力框架(8)上的连接螺栓,将压力侧限盒(1)调整至合适高度;

步骤9:安装磁性表座(4):将四个磁性表座(4)底盘等距布置在反力框架(8)上,放置于压力侧限盒(1)四周,拧动磁性表座(4)的磁性开关使其具有磁性吸附在反力框架(8)上,把监测位移的百分表(5)连接到磁性表座(4)上,将百分表(5)探头抵在压力侧限盒(1)上表面,并压缩百分表(5)使其表盘上的读数达到最大量程;

步骤10:读数:通过刻度尺读取四侧刻度尺读数ai、四个百分表(5)读数bi,取其平均值得出填充材料初始高度h0;

步骤11:读数:利用千斤顶(7)施加不同等级的集中力,读取并记录不同荷载下填充物的刻度尺读数ai、百分表读数bi、压力和荷载,最终可取四个刻度线(3)最后一次读数ai的平均值 和百分表读数bi的平均值 为最后一次沉降量h1的精准值,填充物的最大变形沉降量△h=h1-h0;

步骤12:通过测得最大变形沉降量△h=h1-h0及不同等级荷载下的压缩沉降量与荷载值的对应关系,定量研究填充物在不同等级集中力荷载作用下的力学响应及变形情况分析,从而得出柔性填充物衬砌均匀传递围岩局部变形压力的效果以及给围岩提供的可形变尺寸量,分析陶粒式预留变形量缓冲层的作用效果,定量研究将柔性填充物填充于初衬和二衬之间的预留变形量缓冲层处时支护结构的力学响应并验证该技术的支护效果。

8.根据权利要求7所述的侧限装置的使用方法,其特征在于:步骤6中所选填充物为可以用于围岩内部衬砌的物质。