[发明专利]一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台

说明书

本发明公开了一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，包括：隧道结构模型，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在隧道结构模型内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接。模型箱，竖直设置于隧道结构模型上部，且其左右两端的宽度宽于隧道结构模型的宽度。该试验平台尺寸足够大，可考虑诸如偏压隧道等复杂地形；可根据隧道现场实际工况进行防冻保温隔热模拟。

技术领域

本发明属于隧道灾害治理技术领域，具体涉及一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台。

背景技术

国内很多实验室开展了冻融循环对围岩和混凝土力学性能方面的影响的研究，但目前试验手段主要还是以制作小型试件为主进行冻融试验。快冻法混凝土抗冻性能试验按规定进行，即试件应在28天龄期时开始冻融试验，冻融试验前应先在15～20℃的水中浸泡试件，浸泡4天完毕后取出试件，称重，按规定测定其横向基频的初始值。然后将试件放到试件盒内，为了使试件受温均衡，并消除试件周围因水分结冰引起的附加应力，试件的侧面与底部应垫放橡胶板，在整个试验过程中，盒内水位高度应始终保持高出试件顶面5毫米左右。把试件盒放入冻融箱内，即可开始冻融循环。冻融循环过程可按照相关规定进行。

这种试验方法主要是针对小型试件混凝土或岩石，且温度传递直接作用于混凝土和岩石表面，与隧道工程现场工况(隧道混凝土结构周围分布有覆土或围岩)不符，既缺乏荷载作用，又缺乏传播介质，试验结果失真。目前仍欠缺能够模拟在冻融循环环境作用下隧道模拟试验平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，试验平台尺寸足够大，可考虑诸如偏压隧道等复杂地形；可根据隧道现场实际工况进行防冻保温隔热模拟。

本发明采用以下技术方案：一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，包括：隧道结构模型，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在隧道结构模型内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接。

模型箱，竖直设置于隧道结构模型上部，且其左右两端的宽度宽于隧道结构模型的宽度；其包括横向立板、纵向立板和岩土体相似材料；横向立板为两个，位于两端的两个隧道洞口处，且位于初期支护外侧，各底部环绕于初期支护；两个横向立板相平行，其左右长度均大于隧道结构模型的宽度；

纵向立板为两个，均为竖直向设置的板体，位于两个横向立板间，且位于横向立板的左右端部，其相平行，各纵向立板的端部与横向立板的端部相贴合连接，纵向立板与横向立板及隧道结构模型间形成上端敞口的模型箱，在模型箱的顶部还设置有预制盖板；岩土体相似材料，填满于模型箱内，其与待验证隧道地层的岩土体相似。

进一步地，在各横向立板的左右端及上端沿竖向及横向走向间隔开设有多个纵向通孔，两个横向立板上的通孔的位置相对称，对称的两个通孔内均纵向贯通设置有用于加热或冷却的管道，位于一横向立板端的各管道的端部封闭，位于另一横向立板端的各管道的端部为敞口状，且敞口的一端与制冷装置或加热装置相连接。

进一步地，各横向立板的外侧壁与其所在端的隧道洞口的外侧壁相平齐。

进一步地，在岩土体相似材料中埋设有冻胀力测量装置，用于测试土体冻胀过程中冻胀力的大小和温度，冻胀力测量装置与控制器相连接，控制器设置于模型箱外。

进一步地，该隧道结构模型在纵向上为一段或者相连接的多段，当为多段时，多段的结构设置不同。

本发明还公开了上述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台的施工方法，该施工方法包括如下步骤：