一种自平衡可拼装多向加载装置的制作方法

本发明属于隧道灾变相似模拟，尤其涉及一种自平衡可拼装多向加载装置。

背景技术：

1、隧道在修建过程中将穿越如高地应力、高水压、高地温及软弱围岩等复杂不良地质，为保障隧道安全，工程技术人员需提前预判不良地质段围岩在隧道开挖过程中所可能诱发的灾变及其与隧道支护结构间的相互作用关系，从而可采取行之有效的隧道支护结构设计，最终实现隧道结构建设与运维期的结构安全。对于不良地质段的围岩，通常其本身构造复杂，另外，实际工程中多种不良地质耦合的现象也较为常见，这势必大大增加了科研与工程技术人员准确掌握围岩特性及其与隧道支护结构相互作用关系的难度。

2、为解决上述难题，目前常采用物理相似模拟试验来研究解决相关问题。一般来说在满足相似原理的前提下，隧道物理模拟试验能够利用相似材料较为有效地模拟实际隧道工程施工、结构稳定以及地层与周围环境效应等问题，可以较真实地反映地质构造与工程结构之间的空间关系以及隧道施工过程对工程本身和周围环境的影响规律。

3、目前，已有用于实现隧道与地下工程结构物理相似模拟试验的装置或平台一般仍存在以下问题，(1)试验装置体积大，虽然试验加载能力强，但模型尺寸太大，模型制作过程中所耗费的人力物力财力成本太大，从而导致设备闲置率较高；(2)对于中小型试验装置，虽然模型尺寸较小，但试验能力受限，无法完成对复杂地质构造围岩的模拟，也无法满足小比尺模型定量化试验模拟；(3)现有的装置普遍需要配套建设反力墙以为加载设备提供反力，因而装置整体建设成本高；(4)现有装置基本只能实现竖向和水平两个方向上的加载，很难实现对模型的三维加载，从而限制了装置的试验能力。

4、因此，本发明设计了一种自平衡可拼装多向加载装置来解决上述的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种自平衡可拼装多向加载装置。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种自平衡可拼装多向加载装置，包括加载机构，所述加载机构内腔用于固定模拟地质结构的岩土体；

3、所述加载机构包括支撑设置在所述岩土体底端的下支撑组件，所述下支撑组件的两侧对称设置有侧加载组件，所述侧加载组件与所述岩土体的侧壁抵接设置，两所述侧加载组件的顶端之间设置有上加载组件，所述上加载组件的底端与所述岩土体的顶端抵接设置；

4、所述侧加载组件包括若干拼合设计的侧加载框，相邻的所述侧加载框之间可拆卸连接；所述侧加载框内设置有若干独立设置的侧加载液压缸，所述侧加载液压缸的输出端朝向所述岩土体并与所述岩土体侧壁的侧加载板抵接加载。

5、优选的，所述侧加载板包括若干独立设置并与所述岩土体侧壁抵接的侧加载块，相邻的所述侧加载块之间限位滑动；所述侧加载块与所述侧加载液压缸对应设置，所述侧加载液压缸的输出端与所述侧加载块的侧壁抵接。

6、优选的，所述下支撑组件包括底板，所述底板上设置有底框，所述底框内纵向滑动有下支撑板，所述岩土体放置在所述下支撑板的顶端；所述下支撑板与所述底板之间设置有若干阵列设置的下反力支撑杆，若干所述下反力支撑杆独立控制。

7、优选的，所述下支撑板包括若干拼合设置的下支撑块，相邻的所述下支撑块之间纵向限位滑动，相邻的所述下支撑块之间设置有用于限制位移方向的限位组件，所述限位组件与所述下支撑块滚动设置。

8、优选的，所述下支撑块的侧壁开设有下连接槽，相邻的所述下支撑块的所述下连接槽对应设置；对应设置的两所述下连接槽之间可拆卸设置有下连接块。

9、优选的，所述限位组件包括开设在所述下支撑块侧壁的限位槽，相邻所述下支撑块之间的限位槽对应设置；对应设置的两所述限位槽之间设置有限位杆，所述限位杆的两端分别伸出两所述限位槽套设有限位环，所述限位环与所述下支撑块的内壁滚动接触，所述限位杆上螺纹连接有限位螺母，所述限位环与所述限位螺母抵接。

10、优选的，所述限位环朝向所述下支撑块内壁的一侧开设有若干对称布置的限位孔，所述限位孔内滑动连接有限位座，所述限位座上滚动设置有滚珠，所述滚珠伸出所述限位孔并与所述下支撑块的内壁滚动接触，所述限位座与所述限位孔之间设置有呈压缩状态的限位弹簧。

11、优选的，所述上加载组件包括对称布置在最上层的所述侧加载框顶端的支撑框，两所述支撑框之间设置有反力板，所述反力板朝向所述岩土体的一端设置有若干阵列设置的上加载液压缸，若干所述上加载液压缸的输出端与抵接在所述岩土体顶端的上加载板加载设置。

12、优选的，两所述支撑框的前端两侧之间分别设置有加固横梁，所述加固横梁与所述底框之间设置有加固纵梁，所述加固纵梁与抵接在所述岩土体前侧的端板抵接设置。

13、优选的，所述端板上贯穿设置有若干流水孔，所述流水孔与外界的模拟水源连通，所述流水孔与所述岩土体内腔连通。

14、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明公开了一种自平衡可拼装多向加载装置，加载机构将模拟地层的岩土体进行固定和多向加载；上加载组件和下支撑组件从上下两侧对岩土体的上下两端进行纵向加载，而上加载组件与下支撑组件的两侧之间的侧加载组件对称布置，可在岩土体的两侧向岩土体进行侧向加载，加载范围广，可真实的模拟不同地质环境下的隧道受力，获得更加真实的模拟数据，对该地质条件下的隧道建设和隧道安全提供数据支撑，提高隧道施工和使用的安全性；侧加载组件包括若干独立拼合设置的侧加载框，可根据地质环境和加载需求进行拼合，获得对应规格的侧加载结构，使用方便，组装快捷，同时在不使用时可方便存储和转移，适配性好，降低了模拟实验的成本；侧加载组件的侧加载板通过若干的侧加载液压缸将进行加载，可提高加载的均匀性，而独立控制的侧加载液压缸还能模拟复杂地质构造下的地应力环境，进一步提高模拟的真实度。

15、本发明使用方便，模拟实验成本本地，具备对隧道及地下结构施工灾变模型的三维加载能力，可开展隧道施工过程的围岩灾变的三维模拟，隧道支护结构病害演化及多重灾害耦合作用等方面的试验研究。

技术特征：

1.一种自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：包括加载机构，所述加载机构内腔用于固定模拟地质结构的岩土体(1)；

2.根据权利要求1所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述侧加载板(8)包括若干独立设置并与所述岩土体(1)侧壁抵接的侧加载块(9)，相邻的所述侧加载块(9)之间限位滑动；所述侧加载块(9)与所述侧加载液压缸(7)对应设置，所述侧加载液压缸(7)的输出端与所述侧加载块(9)的侧壁抵接。

3.根据权利要求1所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述下支撑组件包括底板(10)，所述底板(10)上设置有底框(11)，所述底框(11)内纵向滑动有下支撑板(12)，所述岩土体(1)放置在所述下支撑板(12)的顶端；所述下支撑板(12)与所述底板(10)之间设置有若干阵列设置的下反力支撑杆(13)，若干所述下反力支撑杆(13)独立控制。

4.根据权利要求3所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述下支撑板(12)包括若干拼合设置的下支撑块(15)，相邻的所述下支撑块(15)之间纵向限位滑动，相邻的所述下支撑块(15)之间设置有用于限制位移方向的限位组件，所述限位组件与所述下支撑块(15)滚动设置。

5.根据权利要求4所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述下支撑块(15)的侧壁开设有下连接槽(16)，相邻的所述下支撑块(15)的所述下连接槽(16)对应设置；对应设置的两所述下连接槽(16)之间可拆卸设置有下连接块(17)。

6.根据权利要求4所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述限位组件包括开设在所述下支撑块(15)侧壁的限位槽(18)，相邻所述下支撑块(15)之间的限位槽(18)对应设置；对应设置的两所述限位槽(18)之间设置有限位杆(19)，所述限位杆(19)的两端分别伸出两所述限位槽(18)套设有限位环(20)，所述限位环(20)与所述下支撑块(15)的内壁滚动接触，所述限位杆(19)上螺纹连接有限位螺母(21)，所述限位环(20)与所述限位螺母(21)抵接。

7.根据权利要求6所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述限位环(20)朝向所述下支撑块(15)内壁的一侧开设有若干对称布置的限位孔(22)，所述限位孔(22)内滑动连接有限位座(23)，所述限位座(23)上滚动设置有滚珠(24)，所述滚珠(24)伸出所述限位孔(22)并与所述下支撑块(15)的内壁滚动接触，所述限位座(23)与所述限位孔(22)之间设置有呈压缩状态的限位弹簧(25)。

8.根据权利要求3所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述上加载组件包括对称布置在最上层的所述侧加载框(6)顶端的支撑框(26)，两所述支撑框(26)之间设置有反力板(27)，所述反力板(27)朝向所述岩土体(1)的一端设置有若干阵列设置的上加载液压缸(28)，若干所述上加载液压缸(28)的输出端与抵接在所述岩土体(1)顶端的上加载板(29)加载设置。

9.根据权利要求8所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：两所述支撑框(26)的前端两侧之间分别设置有加固横梁(30)，所述加固横梁(30)与所述底框(11)之间设置有加固纵梁(31)，所述加固纵梁(31)与抵接在所述岩土体(1)前侧的端板(3)抵接设置。

10.根据权利要求9所述的自平衡可拼装多向加载装置，其特征在于：所述端板(3)上贯穿设置有若干流水孔(4)，所述流水孔(4)与外界的模拟水源连通，所述流水孔(4)与所述岩土体(1)内腔连通。

技术总结本发明属于隧道灾变相似模拟技术领域，公开了一种自平衡可拼装多向加载装置，包括用于固定岩土体的加载机构，加载机构包括下支撑组件、侧加载组件和上加载组件，侧加载组件与岩土体的侧壁抵接设置，上加载组件位于岩土体的顶端；侧加载组件包括若干可拆卸拼合设计的侧加载框；侧加载框内设置有若干独立设置的侧加载液压缸，侧加载液压缸的输出端朝向岩土体并与岩土体侧壁的侧加载板抵接加载。本发明使用方便，可通过自由拼装出不同尺寸规模的加载模型，有效降低模拟实验成本低，具备对隧道及地下结构施工灾变模型的三维加载能力，可开展隧道施工过程的围岩灾变的三维模拟，隧道支护结构病害演化及多重灾害耦合作用等方面的试验研究。技术研发人员：李雪峰受保护的技术使用者：交通运输部公路科学研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/10