[发明专利]一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统及方法

权利要求书

1.一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统，其特征是，包括：反力墙模型、拱式试验架、数据采集及液压控制装置和数据终端；所述反力墙模型浇筑于预先开挖好的坑槽内，拱式试验架与反力墙模型连接，数据终端通过数据采集及液压控制装置控制拱式试验架；所述拱式试验架外层设有布置在不同方向的若干柔性均布加载装置，所述若干柔性均布加载装置与钢筋混凝土反力墙模型连接；

所述拱式试验架由内向外依次设有隧道支护结构、类围岩相似材料填充区和稳定支架；若干柔性均布加载装置沿不同方向分别固定在稳定支架上；柔性均布加载装置的组合根据模拟隧道的形状和大小可调；

所述隧道支护结构、类围岩相似材料填充区和稳定支架均设置在刚性底座上。

2.如权利要求1所述的一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统，其特征是，所述反力墙模型为极限承载力可调的钢筋混凝土结构，满足不同试验对加载强度的要求。

3.如权利要求1所述的一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统，其特征是，所述柔性均布加载装置包括双向液压油缸、推力装置以及柔性橡胶垫；推力装置通过柔性橡胶垫连接在拱式试验架上，柔性橡胶垫贴合在推力装置的底面，双向液压油缸固定在推力装置上；所述柔性均布加载装置根据模拟隧道的形状和大小可调整。

4.如权利要求1所述的一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统，其特征是，

所述刚性高强底座包括连接在一起高强度钢架和钢板；

所述稳定支架为高强型钢支架，用于稳定并加固柔性均布加载装置；

所述类围岩相似材料填充区可预埋多点位移或压力传感器，用于监测模拟隧道的围岩受力及变形状况；

所述隧道支护结构可模拟多种支护方式，自由度高。

5.如权利要求1所述的一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统，其特征是，所述类围岩相似材料填充区的轮廓线通过高模量的PVC管控制，所述类围岩相似材料填充区的充填厚度根据试验要求调整。

6.如权利要求1所述的一种大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统，其特征是，所述数据采集及液压控制装置包括：用于接受数据终端传来的指令并同时控制若干柔性均布加载装置的动态伺服液压自动控制系统；以及用于采集预埋在试验架中传感器输送的数据并传输至数据终端的数据采集器。

7.一种如权利要求1所述的大型拱式柔性均布加载隧道支护模型试验系统的安装方法，其特征是，包括：

（1）根据隧道模型试验要求的最大加载力和开挖形状，确定钢筋混凝土的相关参数及反力墙模型形状；

（2）浇筑钢筋混凝土反力墙模型，并预埋与柔性均布加载装置连接的钢板；

（3）根据隧道开挖形状和大小确定柔性均布加载装置的组合方式，将柔性均布加载装置安装在钢筋混凝土反力墙模型上，安装稳定支架和刚性高强底座；

（4）利用高模量PVC管辅助控制类围岩相似材料填充区的填充轮廓并压实，确定好隧道开挖轮廓，预埋相关传感器；

（5）根据试验要求，安装隧道支护结构；

（6）连接数据采集及液压控制装置与拱式试验架；

（7）连接数据终端与数据采集及液压控制装置；

（8）整个隧道支护模型试验系统安装完成。