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专利号: 2019112608218
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:2025-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:它包括框架(1),框架(1)底板连接有可视侧限盒(2),可视侧限盒(2)侧表面设置有固定端(3)和卸压口(5);可视侧限盒(2)一侧面板为钢化玻璃(4),钢化玻璃(4)表面设置刻度尺(13);可视侧限盒(2)底部和侧壁设置有片状压力传感器(6);框架(1)顶板下方连接有千斤顶(10),千斤顶(10)正下方设置有柱状压力传感器(7);

上述模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法步骤如下:

Step1:材料准备:准备刚度和强度较大的不同规格的钢板、带螺纹钢筋、钢化玻璃(4)、细砂、土、铁粉、磁粉、多种颜色粉末状颜料、片状压力传感器(6)、柱状压力传感器(7)、千斤顶(10)、橡胶圈、卸压导管(8)和工业吸尘器(9);

Step2:制作框架:根据所设计的可视侧限盒(2)尺寸,利用刚度和强度较大的钢板以及带螺纹钢筋制作一个四边形的框架(1);

Step3:制作可视侧限盒(2):根据实验要求设计可视侧限盒的尺寸,选择合适的钢板挖出固定钢化玻璃的槽、焊接固定端(3)、开卸压口(5),焊接后将钢化玻璃(4)注入固定槽内并用玻璃胶进行封闭,当钢化玻璃无刻度时应粘贴刻度尺;

Step4:制作锥形受力体(11):利用刚度较大且透明的材料,例如亚克力板或钢化玻璃,预制需求尺寸的锥形受力体(11);

Step5:连接卸压导管(8):将套有橡胶圈的卸压导管(8)置于卸压口(5)中,使橡胶圈卡在卸压口(5)处使卸压口(5)处无缝隙;

Step6:铺设填充物(14)及片状压力传感器(6):根据实验需求的不同以及实验条件选择填充物(14),每隔H/5高度均匀撒颜料,并在同一截面的不同水平位置,以及不同截面的同一竖直位置设置多组用于对比的片状压力传感器(6);

Step7:安装加载设备:在填充物上端放置钢板,在钢板上选择施力点放置柱状压力传感器(7),使其上侧与钢板接触并与电脑相连,在柱状压力传感器(7)上部放置千斤顶(10)使其上端抵住反力框架,下端柱状在压力传感器(7)上;

Step8:进行加载:利用加载设备千斤顶施加不同等级的荷载,以2kN为一个量级进行加载,模拟隧洞围岩变形作用在流质充填衬砌支护结构上的不同荷载;也可进行循环加载,模拟不同的沉桩过程,通过布设的压力传感器来监测受力大小,同时可通过颜料所呈的形态或是在钢化玻璃表面撒一层磁粉观察磁粉的形态以及分布规律判断内部填充物受力情况和应力集中度情况,最终填充物会因成分的不同产生不同现象;待加载荷载达到钢板的屈服极限的75%时进行卸压操作,利用抽吸设备吸出填充物,卸除所受较大荷载,达到减载及应力均化效果,待压力卸除完后,最终填充物会因成分的不同产生不同现象,如:土拱现象和抽吸倒锥形空间,可透过上部和侧壁的钢化玻璃进行观察并确定其土拱半径、抽吸空腔区锥形半径及抽吸体积数据;

Step9:数据及现象的分析工作机理:采用压力传感器测得的不同位置处压力及其它各项力学参数,得出各区域的应力时空分布规律研究流质充填衬砌支护结构不同荷载作用下和不同充填物下的最大支护力、减载规律和应力均化规律,同时根据圆锥体底面的半径可计算抽吸的体积进而算出抽吸过程及速率,为实际工程提供相关的理论支撑。

2.根据权利要求1所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述可视侧限盒(2)内设置有填充物(14),填充物(14)内放置有锥形受力体(11);填充物(14)的一定厚度处铺设颜料(12)或铁屑。

3.根据权利要求1所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述卸压口(5)通过卸压导管(8)与工业吸尘器(9)连接。

4.根据权利要求1所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述框架(1)为钢板何钢筋焊接成的上部可拆卸的矩形框架结构。

5.根据权利要求1所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述可视侧限盒(2)为上表面开口额中空的立方体结构,其底面以及三个侧面为有足够强度的钢板;且底面的钢板外侧设置有凹槽结构的固定端(3),一个侧面的钢化玻璃(4)与固定端(3)卡合连接。

6.根据权利要求2所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述锥形受力体(11)为透明材料制成的倒圆锥体结构。

7.根据权利要求1所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述片状压力传感器(6)与压力采集处理装置连接;可视侧限盒(2)底板中心处设置一个片状压力传感器(6),四个角上各有一个片状压力传感器(6),两相邻侧板上沿对角线方向等距离布置有四个片状压力传感器(6)。

8.根据权利要求2所述的模拟隧洞围岩侵陷过程中流质充填衬砌结构支护力测试装置的使用方法,其特征在于:所述填充物(14)为具有较好流动性的材料,包括不同粒径的砂或碎石土以及淤泥;填充物(14)等高度分为五层,每层之间采用铁屑、磁粉或不同颜色的颜料进行分隔。