專利名稱：一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)隧道試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 背景技術(shù)：
目前，盾構(gòu)隧道由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，在城市軌道交通、越江跨海通道以及市政管道等的建設(shè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。盾構(gòu)隧道主要采用環(huán)向接頭將多個(gè)弧形的單層襯砌管片拼接成管片環(huán)，再通過縱向接頭將管片環(huán)以通縫或錯(cuò)縫方式拼裝成盾構(gòu)隧道。由于工程水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、隧道規(guī)模及細(xì)部構(gòu)造的差異，以及盾構(gòu)隧道對(duì)工程安全的高要求，通常需要通過模型試驗(yàn)研究揭示盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。鑒于盾構(gòu)隧道管片接頭的復(fù)雜性，在實(shí)施盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)過程中，如何考慮盾構(gòu)隧道管片接頭的力學(xué)效應(yīng)是一個(gè)重要的問題。
通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在已有的模型試驗(yàn)中，模擬盾構(gòu)隧道的力學(xué)特性采用的相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕幸韵聝煞N:
第一種相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵孕拚龖T用法作為理論依據(jù)，用管片襯砌環(huán)整體抗彎剛度的降低等效盾構(gòu)隧道管片接頭部位抗彎剛度的降低，來考慮管片環(huán)向接頭對(duì)盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響。從而采用材質(zhì)均勻金屬管、有機(jī)材料管等圓形結(jié)構(gòu)作為相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧?，根?jù)盾構(gòu)隧道橫向剛度等效原則，確定出相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵r砌厚度，該相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠囼?yàn)過程中僅能近似模擬管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)特征，但是由于無法反映管片襯砌接頭部位的局部應(yīng)力集中效應(yīng)及接頭轉(zhuǎn)動(dòng)等力學(xué)特性，模型試驗(yàn)得到的隧道管片的內(nèi)力和變形規(guī)律與原型隧道差別較大。
第二種相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橥瑵?jì)大學(xué)發(fā)明專利(公開號(hào):CN101299008A)，該模型管片采用配置的相似材料整體澆注而成，對(duì)于環(huán)向接頭、縱向接頭的剛度弱化效應(yīng)，通過在對(duì)應(yīng)于環(huán)向接頭、縱向接頭部位的管片環(huán)外側(cè)切割出相應(yīng)的凹槽予以實(shí)現(xiàn)，凹槽深度根據(jù)等效剛度原理通過計(jì)算進(jìn)行確定。
上述兩種模型中，第二種相似模型由于其在處理管片接頭該模型在一定程度上保證了模型相似比的要求，與實(shí)際情況更為接近，因此被廣泛接受并使用。但實(shí)際上管片環(huán)在以豎向荷載為主的外荷載作用下，其不同部位的變形及內(nèi)力分布是有區(qū)別的:拱頂、拱底部位受正彎矩作用，位移指向管片內(nèi)側(cè)，該部位管片環(huán)內(nèi)側(cè)受拉；左拱腰、右拱腰部位受負(fù)彎矩作用，位移指向管片外側(cè)，該部位管片環(huán)外側(cè)受拉。實(shí)際管片環(huán)的接頭(相鄰管片的螺栓連接部位)應(yīng)表現(xiàn)為管片環(huán)受拉側(cè)張開，而該模型用于模擬管片接頭的凹槽均開在管片環(huán)外側(cè)，導(dǎo)致管片環(huán)位于拱頂及拱底的接頭(內(nèi)側(cè)連續(xù)，無凹槽)無法張開，從而造成不該有的應(yīng)力集中，其變形及受力狀態(tài)與實(shí)際不相符合。試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大，尤其在模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)承受極限荷載發(fā)生大變形及漸進(jìn)性破壞時(shí)，這種由于接頭處理方式帶來的誤差更將會(huì)被放大。難以對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)提供準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ停摲N試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚋玫哪M盾構(gòu)隧道管片接頭部位的力學(xué)特性，尤其可以很好的模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌的大變形及漸進(jìn)性破壞過程；試驗(yàn)誤差小，能對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)加固提供更加準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄓ上嗨撇牧险w澆注而成管片環(huán)、管片環(huán)上開有模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽，其特征在于:所述的管片環(huán)分為上部區(qū)域、下部區(qū)域、左側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域；上部區(qū)域和下部區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽開在管片環(huán)的內(nèi)側(cè)，左側(cè)、右側(cè)區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽開在管片環(huán)的外側(cè)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明在采用凹槽模擬接頭部位剛度弱化時(shí)，考慮了管片環(huán)不同部位在外荷載下的受力及變形特性，對(duì)整個(gè)管片環(huán)進(jìn)行了分區(qū)處理:其中，上部、下部(拱頂、拱底)區(qū)域受正彎矩作用，位移指向管片內(nèi)側(cè)，該區(qū)域管片環(huán)內(nèi)側(cè)受拉，相應(yīng)的凹槽開在管片環(huán)內(nèi)側(cè)；而左偵U、右側(cè)(左拱腰、右拱腰)區(qū)域受負(fù)彎矩作用，位移指向管片外側(cè)，該區(qū)域管片環(huán)外側(cè)受拉，相應(yīng)的凹槽開在管片環(huán)外側(cè)。從而實(shí)現(xiàn)了管片環(huán)在受拉側(cè)開槽，在外荷載作用下可以正確模擬管片環(huán)所有接頭的張開效應(yīng)，消除不該有的應(yīng)力集中，使其變形及受力狀態(tài)與實(shí)際相符，進(jìn)而減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。尤其在模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)承受極限荷載發(fā)生大變形及漸進(jìn)性破壞時(shí)，這種接頭處理方式使試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖冃?、受力、破壞及失穩(wěn)等更符合實(shí)際管片環(huán)相關(guān)特性，更為顯著地減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。從而能對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)提供更準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
上述的管片環(huán)的上部區(qū)域、下部區(qū)域、左側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域均分，即每個(gè)區(qū)域的弧度為90°。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中，虛線為管片環(huán)的四個(gè)區(qū)域的分界線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
是，一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括由相似材料整體澆注而成管片環(huán)、管片環(huán)上開有模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽。管片環(huán)分為上部區(qū)域la、下部區(qū)域lb、左側(cè)區(qū)域lc、右側(cè)區(qū)域Id ;上部區(qū)域Ia和下部區(qū)域Ib的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽2a開在管片環(huán)的內(nèi)側(cè)，左側(cè)、右側(cè)區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽2b開在管片環(huán)的外側(cè)。
本例管片環(huán)的上部區(qū)域la、下部區(qū)域lb、左側(cè)區(qū)域lc、右側(cè)區(qū)域Id均分，即每個(gè)區(qū)域的弧度為90°。
每個(gè)區(qū)域的具體位置為:上部區(qū)域Ia和下部區(qū)域Ib為沿管片環(huán)的垂直軸線±45°，左側(cè)區(qū)域lc、右側(cè)區(qū)域Id為沿管片環(huán)的水平軸線±45°。
權(quán)利要求
1.一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括由相似材料整體澆注而成管片環(huán)、管片環(huán)上開有模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽，其特征在于:所述的管片環(huán)分為上部區(qū)域(la)、下部區(qū)域(lb)、左側(cè)區(qū)域(lc)、右側(cè)區(qū)域(Id);上部區(qū)域(Ia)和下部區(qū)域(Ib)的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽(2a)開在管片環(huán)的內(nèi)側(cè)，左側(cè)、右側(cè)區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽(2b)開在管片環(huán)的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在?所述的管片環(huán)的上部區(qū)域(la)、下部區(qū)域(lb)、左側(cè)區(qū)域(lc)、右側(cè)區(qū)域(Id)均分，即每個(gè)區(qū)域的弧度為90°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)隧道管片襯砌相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括由相似材料整體澆注而成管片環(huán)、管片環(huán)上開有模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽，其特征在于所述的管片環(huán)分為上部區(qū)域(1a)、下部區(qū)域(1b)、左側(cè)區(qū)域(1c)、右側(cè)區(qū)域(1d)，上部區(qū)域(1a)和下部區(qū)域(1b)的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽(2a)開在管片環(huán)的內(nèi)側(cè)，左側(cè)、右側(cè)區(qū)域的模擬管片接頭剛度弱化效應(yīng)的凹槽(2b)開在管片環(huán)的外側(cè)。該種試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚋玫哪M盾構(gòu)隧道管片接頭部位的力學(xué)特性，尤其可以很好的模擬盾構(gòu)隧道管片襯砌的大變形及漸進(jìn)性破壞過程；試驗(yàn)誤差小，能對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)加固提供更加準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK103162981SQ20131004153
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者王士民, 何川, 徐國文, 張廣超, 馬志剛 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)