小结隧道压力承受的实验方法

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1试验设计

1.1模拟方法

试验的几何相似比采用1:50，试验箱上盖板作成加载梁，与MTS控制的千斤顶相连，可以上、下移动并进行控制加载；为了满足平面应变条件，前、后板外侧采用肋板加固以提高其刚性。为了开挖及观察方便，前面板中间设置了0.8m×0.8m的钢化玻璃，钢化玻璃中间开隧道断面形状的孔，并用2mm厚钢板覆盖，在边界上通过设置双层塑料膜以消除边界约束效应。

1.2相似比设计根据室内模型试验的基本原理和Buckingham的π定理。

2材料的测试与选用

在隧道模型试验中，本试验衬砌采用石膏和水模拟；硬岩采用细沙模拟，初期支护的材料采用石膏来模拟；锚杆和钢架采用铝丝外表涂强力胶粘上细沙模拟，石膏的力学参数。初支采用M4，初支和二衬采用刚度等效模拟，锚杆和钢架采用强度等效模拟。隧道材料力学参数。二衬预先制作，为了防止二衬材料受潮，在烤干后的二衬石膏模型表面涂抹清漆。锚杆根据强度等效，初支喷射混凝土、钢架、二衬都按照刚度等效。原型的力学参数根据当前的设计参数计算得到；模型的力学参数根据试验的材料计算，再根据相似比计算得到对应于原型尺寸的力学参数，二者进行比对，以保证其满足相似原理的要求。可以看出：工况1的刚度最小；工况2和3的刚度相同，工况3是有钢筋的情况，工况4的材料的弹性模量较低，强度也较低，虽然厚度与工况2和3的相同，但刚度比工况2和3的小，但还是远远比工况1的大。

3测点布置与实验步骤

(1)填埋好土体之后，加载200kN的竖向力，模拟500m的埋深。

(2)观察上盖板的位移情况，稳定后打开开挖口的钢板进行开挖，在开挖过程中记录隧道的地中位移变化情况。

(3)开挖并支护初支完成后，将预制好的二衬模型放入洞内，并注浆使初支和二衬保持密贴。

(4)待浆液干燥后，开始增加顶板的荷载，并记录数据。

4试验结果分析

试验的结果主要有衬砌的位移、内力和衬砌受到的围岩压力，通过记录这些数据，并结合试验过程的观察，对试验结果进行分析。

作者：冯冀蒙仇单位：西南交通大学