【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土膨胀测试，具体涉及一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置及方法。
技术介绍
1、由于我国地质复杂多变，存在多种特殊类岩土，膨胀岩便是其中的一类典型代表。膨胀岩具有典型的吸水膨胀特性，在此类岩土区域内进行工程建设会对构筑物产生各类不良影响。具体到隧道工程，在膨胀岩中进行隧道施工时，靠近隧道轮廓的围岩在吸水发生膨胀变形后，由于隧道衬砌紧贴围岩，围岩膨胀过程会受到衬砌的阻碍，进而会对衬砌产生一定的膨胀压力，当衬砌支护强度不足时膨胀压力会导致衬砌出现显著的侵限变形甚至坍塌等问题，进而需要对衬砌进行拆除和换拱，严重阻碍施工进度和增加建设成本。因此，在膨胀岩地区进行隧道建设时，需要测试其膨胀特性参数，以便为隧道设计提供参考依据。尽管既有研究中已研制了多类装置来测试膨胀岩基本参数，但是上述装置采用的是对试件四周刚性约束，未考虑围压影响，也未考虑隧道真实受力环境条件，更无法实现对不同吸水量下的膨胀岩进行膨胀测试研究，导致试验效果有限。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置及方法，可以针对不同吸水量的膨胀岩进行膨胀测试，为隧道的设计提供更为全面的试验效果数据。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，包括膨胀岩试件，所述膨胀岩试件安装在容器内，所述容器通过反力架支撑，所述膨胀岩试件与反力架之间安装有围压装置、加载装置、测量装置和水循环装置
4、进一步，所述膨胀岩试件包括岩芯和模拟岩体，模拟岩体的上侧开设有用于安装岩芯的槽口，所述模拟岩体的上表面与岩芯的上表面齐平。
5、进一步，所述水循环装置包括吸水管、水泵、环管和竖直管，所述吸水管固定在容器内，所述吸水管的下端延伸至容器的底部，所述吸水管上安装有水泵，所述吸水管的上端连接至膨胀岩试件上方的环管，所述环管的下侧连通有多个竖直管，所述竖直管采用软管，所述竖直管的下端安装在模拟岩体上开设的孔洞内，所述竖直管的管壁上开设有若干第一通孔。
6、进一步，所述竖直管的内侧同轴安装有内管，所述内管的管壁上开设有与所述第一通孔一一对应的第二通孔，所述内管的下端与竖直管之间设置有弹簧，所述内管的上端固定有活塞，所述活塞滑动密封设置在竖直管的内侧，所述活塞上开设有竖直通孔，所述竖直通孔内滑动密封设置有活塞杆，所述活塞杆固定至环管。
7、进一步，所述围压装置包括设置在膨胀岩试件四个周侧面的侧面围压板，所述侧面围压板连接至千斤顶的输出端，所述千斤顶的输出方向沿着模拟膨胀岩体的径向，所述千斤顶安装在反力架的侧面，所述千斤顶与反力架之间安装有水平压力传感器，所述容器和反力架之间安装有竖向压力传感器，所述加载装置包括直线电机以及连接直线电机的加载板，所述加载板抵接在膨胀岩试件的上侧。
8、进一步，所述膨胀岩试件的外侧安装有侧向位移监测板，所述侧向位移监测板的上端沿着竖直方向向上延伸，所述反力架上通过支架安装有水平千分表和竖向千分表，所述水平千分表的检测端与侧向位移监测板表面接触，所述竖向千分表的检测端与加载板表面接触。
9、一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试方法，包括如上述任一项所述的膨胀测试装置，膨胀测试方法包括以下步骤：
10、步骤(1)，将竖向压力传感器放置在容器的底部中间位置，安装在容器和反力架之间；
11、步骤(2)，将膨胀岩试件放入容器中，模拟岩体的底部和上部均设有多孔板，并在上部的多孔板上表面放置加载板；
12、步骤(3)，依次将水平向压力传感器放置在反力架内侧的前后左右的固定卡槽内，并依次将前后左右的千斤顶放置在指定位置，根据设计围压需求，依次调整前后左右侧千斤顶的输出端长度和侧面围压板接触使得前后左右的水平压力传感器的读数一致，且读数为设计围压值，实现侧向可调围压目的；
13、步骤(4)，将侧向位移监测板固定在侧面围压板外侧并安装水平千分表；
14、步骤(5)，在上部多孔板的上表面放置加载板，并安装竖向千分表；
15、步骤(6)，安装直线电机，启动开关，使得直线电机的螺杆下移，使螺杆与加载板上表面接触；
16、步骤(7)，通过喷淋装置在膨胀岩试件的上方喷入定量的水，膨胀岩试件吸水后膨胀，多余的水从膨胀岩试件内溢出后通过容器盛装；
17、步骤(8)，启动水循环装置，所述水循环装置用于将溢出的水补入膨胀岩试件内，直至水循环装置启动稳定后，开始膨胀岩试验测试。
18、进一步，在步骤(8)中，在膨胀岩试验测试时，记录膨胀岩的膨胀变形值，直至相邻3次的读数之间差值均小于0.001mm停止记录；通过下面公式换算得到侧向约束膨胀率；
19、
20、其中，δep为膨胀岩试件侧向约束轴向膨胀率；δhp为膨胀岩试件侧向约束轴向变形；h0为膨胀岩试件原高度。
21、进一步，在步骤(8)中，在膨胀岩试验测试时，转动直线电机使得螺杆下部与加载板刚好接触，将竖向千分表下部调整到与加载板上部接触，将水平千分表调整到与侧向位移监测板接触，均使得千分表有一定的读数，通过喷淋装置在膨胀岩试件的上方喷入定量的水，膨胀岩试件吸水后膨胀，多余的水从膨胀岩试件内溢出后通过容器盛装，水循环装置启动稳定后；记录水平压力传感器、竖向压力传感器初始读数；观察竖向千分表读数，当变化值超过0.001mm时，转动直线电机，给膨胀岩试件施加竖向压应力至竖向千分表恢复初始读数，使膨胀岩试件的高度在整个试验过程始终保持不变；在试验开始1h内，每隔10min记录1次竖向千分表读数；1h后，每隔1h记录一次竖向千分表读数；12h后，每隔2h记录一次竖向千分表读数，直至连续3次读数差相同为止，记录此时的竖向压力传感器的读数，该读数减去竖向压力传感器初始读数，即为岩样的竖向膨胀力；记录此时水平压力传感器读数，减去水平压力传感器初始读数，即为水平膨胀力。
22、本专利技术的有益效果在于：
23、本专利技术公开的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩试件测试装置及方法，通过围压装置用于对膨胀岩试件的周向施加围压，通过在膨胀岩试件周围设置模拟岩体来模拟隧区2.5维围岩约束特点，可以反映膨胀岩试件真实受力情况，由此得到更为准确的测试数据，可以为工程设计提供更为可靠的参数，减少隧道工程事故和换拱风险。
24、常规的浸没式的测试方式容易导致膨胀岩试件流失，也不能较好地反映膨胀岩的真实膨胀情况，本专利技术通过喷淋的方式加水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：包括膨胀岩试件，所述膨胀岩试件安装在容器内，所述容器通过反力架支撑，所述膨胀岩试件与反力架之间安装有围压装置、加载装置、测量装置和水循环装置，所述膨胀岩试件的上方安装有喷淋装置，所述围压装置用于对膨胀岩试件的周向施加围压，所述加载装置用于对膨胀岩试件施加从上至下的载荷，所述测量装置用于对膨胀岩试件膨胀后的变形以及膨胀力进行测量，通过喷淋装置在膨胀岩试件的上方喷入定量的水，膨胀岩试件吸水后膨胀，多余的水从膨胀岩试件内溢出后通过容器盛装，所述水循环装置的进水口延伸至容器的底部，所述水循环装置用于将溢出的水补入到膨胀岩试件内。
2.根据权利要求1所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述膨胀岩试件包括岩芯和模拟岩体，所述模拟岩体的上侧开设有用于安装岩芯的槽口，所述模拟岩体的上表面与岩芯的上表面齐平。
3.根据权利要求2所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述水循环装置包括吸水管、水泵、环管和竖直管，所述吸水管固定在容器内，所述吸水管的下端延伸至容器的底部，所述吸水管
4.根据权利要求3所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述竖直管的内侧同轴安装有内管，所述内管的管壁上开设有与所述第一通孔一一对应的第二通孔，所述内管的下端与竖直管之间设置有弹簧，所述内管的上端固定有活塞，所述活塞滑动密封设置在竖直管的内侧，所述活塞上开设有竖直通孔，所述竖直通孔内滑动密封设置有活塞杆，所述活塞杆固定至环管。
5.根据权利要求4所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述围压装置包括设置在膨胀岩试件四个周侧面的侧面围压板，所述侧面围压板连接至千斤顶的输出端，所述千斤顶的输出方向沿着模拟膨胀岩体的径向，所述千斤顶安装在反力架的侧面，所述千斤顶与反力架之间安装有水平压力传感器，所述容器和反力架之间安装有竖向压力传感器，所述加载装置包括直线电机以及连接直线电机的加载板，所述加载板抵接在膨胀岩试件的上侧。
6.根据权利要求5所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述膨胀岩试件的外侧安装有侧向位移监测板，所述侧向位移监测板的上端沿着竖直方向向上延伸，所述反力架上通过支架安装有水平千分表和竖向千分表，所述水平千分表的检测端与侧向位移监测板表面接触，所述竖向千分表的检测端与加载板表面接触。
7.一种能反映隧道受力环境的膨胀测试方法，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的膨胀测试装置，膨胀测试方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀测试方法，其特征在于：在步骤(8)中，在膨胀岩试验测试时，记录膨胀岩的膨胀变形值，直至相邻3次的读数之间差值均小于0.001mm停止记录；通过下面公式换算得到侧向约束膨胀率；
9.根据权利要求8所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试方法，其特征在于：在步骤(8)中，在膨胀岩试验测试时，转动直线电机使得螺杆下部与加载板刚好接触，将竖向千分表下部调整到与加载板上部接触，将水平千分表调整到与侧向位移监测板接触，均使得千分表有一定的读数，通过喷淋装置在膨胀岩试件的上方喷入定量的水，膨胀岩试件吸水后膨胀，多余的水从膨胀岩试件内溢出后通过容器盛装，水循环装置启动稳定后；记录水平压力传感器、竖向压力传感器初始读数；观察竖向千分表读数，当变化值超过0.001mm时，转动直线电机，给膨胀岩试件施加压应力至竖向千分表恢复初始读数，使膨胀岩试件的高度在整个试验过程始终保持不变；在试验开始时1h内，每隔10min记录1次竖向千分表读数；1h后，每隔1h记录一次竖向千分表读数；12h后，每隔2h记录一次竖向千分表读数，直至连续3次读数差相同为止，记录此时的竖向压力传感器的读数，该读数减去竖向压力传感器初始读数，即为岩样的竖向膨胀力；记录此时水平压力传感器读数，减去水平压力传感器初始读数，即为水平膨胀力。
...【技术特征摘要】
1.一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：包括膨胀岩试件，所述膨胀岩试件安装在容器内，所述容器通过反力架支撑，所述膨胀岩试件与反力架之间安装有围压装置、加载装置、测量装置和水循环装置，所述膨胀岩试件的上方安装有喷淋装置，所述围压装置用于对膨胀岩试件的周向施加围压，所述加载装置用于对膨胀岩试件施加从上至下的载荷，所述测量装置用于对膨胀岩试件膨胀后的变形以及膨胀力进行测量，通过喷淋装置在膨胀岩试件的上方喷入定量的水，膨胀岩试件吸水后膨胀，多余的水从膨胀岩试件内溢出后通过容器盛装，所述水循环装置的进水口延伸至容器的底部，所述水循环装置用于将溢出的水补入到膨胀岩试件内。
2.根据权利要求1所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述膨胀岩试件包括岩芯和模拟岩体，所述模拟岩体的上侧开设有用于安装岩芯的槽口，所述模拟岩体的上表面与岩芯的上表面齐平。
3.根据权利要求2所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述水循环装置包括吸水管、水泵、环管和竖直管，所述吸水管固定在容器内，所述吸水管的下端延伸至容器的底部，所述吸水管上安装有水泵，所述吸水管的上端连接至膨胀岩试件上方的环管，所述环管的下侧连通有多个竖直管，所述竖直管采用软管，所述竖直管的下端安装在模拟岩体上开设的孔洞内，所述竖直管的管壁上开设有若干第一通孔。
4.根据权利要求3所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述竖直管的内侧同轴安装有内管，所述内管的管壁上开设有与所述第一通孔一一对应的第二通孔，所述内管的下端与竖直管之间设置有弹簧，所述内管的上端固定有活塞，所述活塞滑动密封设置在竖直管的内侧，所述活塞上开设有竖直通孔，所述竖直通孔内滑动密封设置有活塞杆，所述活塞杆固定至环管。
5.根据权利要求4所述的一种能反映隧道受力环境的膨胀岩测试装置，其特征在于：所述围压装置包括设置在膨胀岩试件四个周侧面的侧面围压板，所述侧面围压板连接至千斤顶的输出端，所述千斤顶的输出方向沿着模拟膨胀岩体的径向，所述千斤顶安装在反力架的侧面...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，夏曾银，刁国君，于聪飞，李治中，刘功宁，侯磊超，董法柱，章慧健，焦大鹏，赵志国，李志强，王文林，吴鹏，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团路桥工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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