[实用新型]一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置。

背景技术

我国既有铁路隧道经过一段时间的运营之后，部分隧道出现了底部结构破损，翻浆冒泥等现象，严重影响了隧道的运营安全。隧道底部结构的耐久性和稳定性对铁路隧道(特别是高速铁路和重载铁路隧道)的长期运营安全意义重大。因此有必要对列车循环荷载作用下隧道底部结构的累积损伤及长期动力特性进行深入的试验研究。

目前国内外对循环荷载下试件累积损伤的试验方法主要有单轴拉伸试验，单轴压缩试验，纯弯条件下的试验等，采用这些试验方法试件所处的受力状态和边界条件和隧道底部结构实际受力状态差别明显，无法反映列车荷载下隧道底部结构的长期动力特性。

近年来，真三轴试验机开始应用于结构累积损伤和动力性能的试验中，该试验机具有一个轴向应力σ₁施加系统，两个水平方向的应力σ₂和σ₃的侧向应力施加系统，分别由独立的液压系统进行控制，可以实现三向不等压加载的功能。然而该试验系统在某个单一方向上只能实现均匀加载，对于隧道底部结构而言，当底部出现围岩局部软化或者出现空洞时，隧底结构的底面显而易见处于一种非均匀受力状态，现有的真三轴试验系统无法模拟隧道底部结构这种实际的受力状态。而且该试验系统通过加载系统给试件施加一定的围压，但所加围压的大小和试件周边实际的围岩条件之间无法建立一一对应的关系。

总体来说，目前国内外既有的循环荷载作用下试件累积损伤的试验方法以动三轴试验为主，该方法能提供三向的不均匀围压，但无法建立隧道围岩等级和所加围压大小的一一对应关系，也无法对试件底部单一方向上施加不均匀约束压力，更无法定量化的考虑隧道底部这种局部不均匀的影响，所得试验结果难以真实反映列车荷载下隧道底部结构的累积损伤特性。

因此，研制一种新型的能定量化的施加单向不均匀约束压力的循环荷载下累积损伤的试验方法和装置已为急需。

实用新型内容

为了解决目前列车荷载下隧道底部结构的累积损伤特性无法在试验中得到真实反映的技术问题，本实用新型提供一种能够在单一方向上也能定量化的施加不均匀约束压力的循环荷载下累积损伤的试验装置。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，包括试验箱体，侧向加载组件，顶部加载系统、底部约束组件以及测试系统，所述的试验箱体上端开口且内设有试验试件，所述的侧向加载组件环绕试验试件的侧壁设置并对试验试件施加压力，所述的顶部加载系统设置于试验试件的顶部并对试验试件施加向下的压力，所述的底部约束组件设置于试验时间的底部并为试验试件提供支撑，所述的测试系统设置于试验箱体上以监测试验试件。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的侧向加载组件包括多个相同的侧向子组件，试验试件的四面侧壁上每面至少设置一个侧向子组件，所述的侧向子组件包括一个千斤顶，所述的千斤顶两端分别抵紧在试验箱体的内壁和试验试件的侧壁上。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的侧向子组件还包括一块用于分散压力的侧向垫板，所述的侧向垫板设置于千斤顶与试验试件的侧壁之间，所述的千斤顶为数显式液压千斤顶。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的顶部加载系统包括反力部件、加载头和支撑件，所述的反力部件固定于试验箱体上方，加载头设置于反力部件与试验试件的顶部之间，支撑件固定于试验箱体的底部并支撑起整个试验箱体。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的反力部件包括反力杆和反力板，所述的反力板通过设置于试验箱体外的反力杆固定于试验箱体的上方并连接加载头。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的底部约束组件包括多个平行设置的弹簧，所述的弹簧设置于试验试件与试验箱体的底面之间。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的底部约束组件还包括上约束垫板和下约束垫板，所述的上约束垫板设置于弹簧顶部和试验试件之间，所述的下约束垫板设置于弹簧底部和试验箱体之间。

所述的一种循环荷载下隧道底部结构累积损伤的试验装置，所述的弹簧刚度系数与围岩抗力系数的换算关系为：

C＝K·S

其中C为弹簧的刚度系数，K为围岩的抗力系数，S为单根弹簧的作用面积。