联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115629095A(43)申请公布日2023.01.20(21)申请号202211263145.1(22)申请日2022.10.14(71)申请人北京中煤矿山工程有限公司地址100013北京市朝阳区和平里青年沟路5号64号楼(72)发明人王磊李方政高伟孔令辉董世卓丁航陈红蕾付财崔兵兵叶玉西许舒荣(74)专利代理机构北京冠榆知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11666专利代理师孟培(51)Int.Cl.G01N25/00(2006.01)G01N25/14(2006.01)G01D21/02(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统及方法(57)摘要本发明公开联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，包括恒温箱、隧道管片、水囊加载橡胶圆筒和冻结管；恒温箱的侧面上开设有矩形开孔，隧道管片卡设在矩形开孔内；钢桶安装在恒温箱内，且钢桶的开口朝向矩形开孔；水囊加载橡胶圆筒紧贴钢桶的内壁；冻结管的一端朝向钢桶的开口，另一端穿出钢桶的底壁并与冷媒管路流体导通；水囊加载橡胶圆筒与冻结管及冻结管之间的空间均填充有土体；冻结管沿钢桶的底壁径向分布，以使得冻结管的周围土体冻结形成与施工中形状相同的环形冻结帷幕。本发明用于研究冻土与管片之间的相互作用以及管片在冻胀作用下的变形规律，为预防大直径管片因人工冻胀作用产生碎裂提供理论及试验支撑。CN115629095ACN115629095A权利要求书1/2页1.联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，包括恒温箱(0)、隧道管片(12)、水囊加载橡胶圆筒(1)、钢桶(15)和冻结管(16)；所述恒温箱(0)的其中一个侧面上开设有矩形开孔，所述隧道管片(12)卡设在所述矩形开孔内，并与所述恒温箱(0)的箱体连接；所述钢桶(15)安装在所述恒温箱(0)内，且所述钢桶(15)的开口朝向所述矩形开孔；所述水囊加载橡胶圆筒(1)位于所述钢桶(15)内，且所述水囊加载橡胶圆筒(1)紧贴所述钢桶(15)的内壁；所述冻结管(16)的一端朝向所述钢桶(15)的开口并与所述隧道管片(12)抵紧，另一端穿出所述钢桶(15)的底壁并与冷媒管路(4)流体导通；在所述钢桶(15)中：所述水囊加载橡胶圆筒(1)与所述冻结管(16)之间的空间，以及所述冻结管(16)之间的空间均填充有土体(18)；所述冻结管(16)沿所述钢桶(15)的底壁周向分布，以使得所述冻结管(16)的周围土体冻结形成冻结帷幕(2)；所述隧道管片(12)上安装有应力变形监测机构。2.根据权利要求1所述的联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，所述土体(18)内部安装有补水滤芯(6)，所述补水滤芯(6)的一端邻近所述隧道管片(12)，另一端穿出所述钢桶(15)的底壁并与滤芯补水管(3)的流体出口端流体导通；所述滤芯补水管(3)的流体入口端伸出所述恒温箱(0)；在邻近所述滤芯补水管(3)的流体出口端的所述补水滤芯(6)上安装有第一单向阀(7)。3.根据权利要求2所述的联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，所述补水滤芯(6)包括不锈钢管和保温棉；所述保温棉填充在所述不锈钢管内；所述不锈钢管的管壁上开设有透水孔。4.根据权利要求1所述的联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，所述冷媒管路(4)的流体入口端伸出所述恒温箱(0)。5.根据权利要求1所述的联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，所述冷媒管路(4)中的冷媒为‑18～‑30℃的低温无水乙醇。6.根据权利要求1所述的联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，所述水囊加载橡胶圆筒(1)与水囊补水管(5)的流体出口端流体导通，所述水囊补水管(5)的流体入口端伸出所述恒温箱(0)；邻近所述水囊加载橡胶圆筒(1)的所述水囊补水管(5)上安装有第二单向阀(8)。7.根据权利要求1所述的联络通道冻胀作用下隧道管片受力及变形模拟试验系统，其特征在于，所述隧道管片(12)由拉结钢板(11)和半圆筒管片模型组成；所述半圆筒管片模型的直线端面固定在所述拉结钢板(11)上，且所述拉结钢板(11)和所述半圆筒管片模型围成一个半圆筒；所述半圆筒管片模型由两个或两个以上管片组成；所述半圆筒管片模型的中部与所述冻结帷幕(2)抵紧；所述半圆筒管片模型与所述拉结钢板(11)的固定连接处设置有橡胶垫(10)；拉杆(9)的一端通过拉杆螺母(19)与所述拉结钢板(11)螺纹连接；所述拉杆(9)的另一端通过固定螺栓(14)与所述恒温箱(0)的侧壁螺纹连接。8.根据权利要求1所述的联络通道冻