[发明专利]一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：包括整体位于框架内的模拟衬砌和模拟围岩，所述模拟衬砌内具有容纳积水的槽体，所述模拟围岩将所述槽体封闭，所述模拟围岩与模拟衬砌之间设置间距测量器，用于反映所述槽体内积水冻胀的膨胀量；所述槽体底部设置压力传感器，用于反馈所述槽体内积水冻胀的膨胀力；所述间距测量器和压力传感器均与数据采集设备电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述间距测量器为高度测量仪，其由设置在所述模拟衬砌外部的参照部和设置在所述模拟围岩外部的活动部构成。

3.根据权利要求1所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述压力传感器包括通过导线连接的电阻应变片和电阻应变仪，所述电阻应变片置于所述槽体内部且其上覆盖密封隔板，所述电阻应变仪置于所述模拟衬砌外部且与所述数据采集设备连接，所述模拟衬砌具有供所述导线贯穿的通孔。

4.根据权利要求1所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述框架包括由型钢构成的上框体和下框体，所述上框体和下框体的四角处具有设置紧固螺栓的延长端。

5.根据权利要求4所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述紧固螺栓的螺母下部具有套装在所述紧固螺栓上的预紧弹簧，所述预紧弹簧的压缩量不小于所述模拟衬砌内积水冻胀后的膨胀量。

6.根据权利要求1所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述数据采集设备为PC机或PLC控制器，所述PC机或PLC控制器内具有对采集数据进行计算分析的处理模块。

7.根据权利要求1或3所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述模拟衬砌整体呈圆柱状，所述槽体位于上表面中心，所述模拟围岩为正面钢板及底面橡胶板复合而成的圆片或圆盘且其与所述模拟衬砌上表面大小一致。

8.根据权利要求7所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验装置，其特征在于：所述模拟围岩的正面钢板、所述模拟衬砌均由Q235钢制成，覆盖所述电阻应变片的密封隔板包括与所述槽体内径大小一致的钢垫板，所述钢垫板的周围设置密封圈。

9.一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验方法，其特征在于：利用权利要求1至8所述的实验装置，包括以下步骤：

步骤一，组装实验装置

在所述模拟衬砌的槽体底部设置压力传感器，将设定规格的水体注入到槽体内，用所述模拟围岩进行封闭，所述框架使所述模拟围岩与模拟衬砌呈相对自由状态或者所述框架的预紧弹簧使所述模拟衬砌与模拟围岩整体处于弹性压紧状态，在所述模拟衬砌和模拟围岩之间安装间距测量器，所述压力传感器和间距测量器均与数据采集设备电气连接；

步骤二，模拟冻胀过程

将步骤一种装配好的实验装置置于制冷箱中，在预定时间内确保实验装置内的积水完全冻结；

步骤三，实验数据采集

在步骤二的预定时间内，所述压力传感器和间距测量器向所述数据采集设备实时反馈冻胀力和膨胀量的数据，所述数据采集设备存储或输出实验结果。

10.根据权利要求9所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实验方法，其特征在于：在所述步骤一中增加实验参数的调节步骤，

其包括对构成所述模拟围岩的Q235钢板和橡胶板的厚度进行调节，以获得不同的压缩弹性模量；

或者对所述模拟衬砌内槽体深度的调节，以获得不同大小的模拟隧道内部积水空洞；

或者对所述槽体内注入水质的调节，以获得不同硬度的模拟空洞积水。

11.根据权利要求9所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实

验方法，其特征在于：在所述步骤二中增加实验参数的调节步骤，其包括对所述制冷箱中保持温度的调节，以获得模拟隧道内部积水的不同冻胀环境。

12.根据权利要求9所述的一种模拟隧道衬砌内部积水冻胀的实

验方法，其特征在于：在所述步骤三中增加对采集数据的分析步骤，其包括所述数据采集设备的处理模块对采集的冻胀力和膨胀量数据进行计算，形成随时间变化的实验结果或者其他加工数据。