一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置及使用方法
本发明涉及隧道实验模拟设备，特别是涉及一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置及使用方法。
背景技术：
1、隧道中产生裂缝的原因有很多种，一种是由设计原因导致的，一种是由施工管理不当造成的，它是结构内部受到与设计不同的应力状态的反映。隧道中裂缝的出现是一个普遍而难以解决的问题，裂缝不仅影响美观，还给工程质量带来隐患。
2、而隧道衬砌中空洞也是一种常见的隧道施工质量缺陷，会导致围岩与支护之间的相互作用关系恶化，使得衬砌结构发生局部应力集中，甚至还会引发衬砌结构其他关联病害。
3、隧道衬砌裂缝和空洞有时并不是单一存在的，而是会对彼此的发展产生一定的影响。因此有必要设计一款隧道裂缝、空洞组合模拟装置来进行隧道裂缝、空洞组合的实验，来得到相关实验数据，进行隧道裂缝和空洞之间对彼此发展相互影响的研究。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置及使用方法，以解决现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，包括：
3、预制模板，所述预制模板内设置有浇筑腔；
4、裂缝模拟机构，所述裂缝模拟机构包括位置调整组件，所述位置调整组件通过固定组件可拆卸连接在所述预制模板的顶端，所述位置调整组件上可拆卸连接有裂缝模拟组件，所述裂缝模拟组件设置在所述浇筑腔内；
5、空洞模拟机构，所述空洞模拟机构包括第一空洞模拟组件和第二空洞模拟组件，所述第一空洞模拟组件设置在所述浇筑腔的侧壁上，且与所述预制模板侧壁可拆卸连接，所述第二空洞模拟组件设置在所述浇筑腔内，且所述浇筑腔侧壁之间设置有间隔；
6、其中，所述位置调整组件包括平移组件和旋转组件，所述平移组件安装在所述旋转组件上，所述旋转组件通过所述固定组件可拆卸连接在所述预制模板的顶端。
7、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述预制模板包括底板，所述底板顶面可拆卸连接有同轴设置的模板外侧片和模板内侧片，所述模板内侧片与所述模板外侧片之间形成所述浇筑腔，所述模板内侧片端部与所述模板外侧片端部之间通过固定板固定连接。
8、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述固定组件包括第一固定块和第二固定块，所述第一固定块和所述第二固定块均为l型结构，所述第一固定块和所述第二固定块分别卡接在所述模板外侧片与所述模板内侧片相互远离的一侧，所述第一固定块上穿设有螺栓，所述螺栓一端穿过所述模板外侧片、所述模板内侧片、所述第二固定块并螺纹连接有螺母。
9、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述旋转组件包括转动连接在所述第一固定块顶端的安装架，所述安装架一侧转动连接有两传动链轮，所述传动链轮的轴线与所述模板内侧片垂直设置，两所述传动轮链轮之间通过传动链条传动配合，所述安装架上固定连接有传动马达，所述传动马达与其中一所述传动链轮传动配合；所述安装架通过转轴转动连接在所述第一固定块的顶端，所述安装架上固定连接有电滑环，所述电滑环的转子与所述转轴固定连接。
10、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述平移组件包括固定连接在所述传动链条上的连接组件，所述连接组件包括固定连接在所述传动链条上的套箍，所述套箍的中间位置固定连接有磁铁，所述套箍上绕所述磁铁轴线等间距固定连接有若干可形变卡块，相邻所述可形变卡块之间设置有间隔，所述卡块为l型结构。
11、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述裂缝模拟组件包括安装块，所述安装块上固定连接有若干钢片，所述安装块与所述磁铁磁性连接，且所述安装块与所述卡块之间卡接，所述钢片伸入所述浇筑腔内。
12、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述第一空洞模拟组件包括实心矩形块，所述实心矩形块设置有若干组，若干所述实心矩形块可拆卸连接在所述模板外侧片和/或模板内侧片上。
13、根据本发明提供的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，所述第二空洞模拟组件包括空心矩形块，所述空心矩形块设置在所述浇筑腔内。
14、一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的方法，包括如下步骤：
15、步骤一，搭建预制模板，制备浇筑浆料；
16、步骤二，通过固定组件将旋转组件固定在预制模板的顶部，并将平移组件安装在旋转组件上，将裂缝模拟组件安装在旋转组件上，通过旋转组件和平移组件调整将裂缝模拟组件的相对位置，将第一空洞模拟组件固定在浇筑腔内壁上；
17、步骤三，在浇筑腔内进行第一次浇筑，且浇筑高度不超过浇筑腔高度1/4-1/5，将第二空洞模拟组件放入浇筑腔内，进行二次浇筑，二次浇筑将浇筑腔完全填充满；
18、步骤四，浆料凝固之后首先将裂缝模拟组件拆下获得模拟衬砌，之后将预制模板拆下，裂缝模拟组件拆下后在模拟衬砌表面形成模拟裂纹，第一空洞模拟组件拆下后在模拟衬砌表面形成模拟空洞，第二空洞模拟组件在模拟衬砌内部模拟内部空洞。
19、本发明公开了以下技术效果：
20、本发明工作时，首先搭建预制模板，制备浇筑浆料；通过固定组件将旋转组件固定在预制模板的顶部，并将平移组件安装在旋转组件上，将裂缝模拟组件安装在旋转组件上，通过旋转组件和平移组件调整将裂缝模拟组件的相对位置，将第一空洞模拟组件固定在浇筑腔内壁上；之后在浇筑腔内进行第一次浇筑，且浇筑高度不超过浇筑腔高度1/4-1/5，将第二空洞模拟组件放入浇筑腔内，进行二次浇筑，二次浇筑将浇筑腔完全填充满；最后浆料凝固之后首先将裂缝模拟组件拆下获得模拟衬砌，之后将预制模板拆下，裂缝模拟组件拆下后在模拟衬砌表面形成模拟裂纹，第一空洞模拟组件拆下后在模拟衬砌表面形成模拟空洞，第二空洞模拟组件在模拟衬砌内部模拟内部空洞。
21、本发明可提供同时具备裂缝和空洞的模拟衬砌，同时可以对模拟衬砌上裂缝的长度、宽度相对位置进行调整，便于后续的实验研究，降低了后续对隧道裂缝和空洞之间相互影响研究的难度。
技术特征：
1.一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述预制模板(4)包括底板(401)，所述底板(401)顶面可拆卸连接有同轴设置的模板外侧片(404)和模板内侧片(402)，所述模板内侧片(402)与所述模板外侧片(404)之间形成所述浇筑腔，所述模板内侧片(402)端部与所述模板外侧片(404)端部之间通过固定板(403)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述固定组件包括第一固定块(5)和第二固定块(8)，所述第一固定块(5)和所述第二固定块(8)均为l型结构，所述第一固定块(5)和所述第二固定块(8)分别卡接在所述模板外侧片(404)与所述模板内侧片(402)相互远离的一侧，所述第一固定块(5)上穿设有螺栓(6)，所述螺栓(6)一端穿过所述模板外侧片(404)、所述模板内侧片(402)、所述第二固定块(8)并螺纹连接有螺母。
4.根据权利要求3所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述旋转组件包括转动连接在所述第一固定块(5)顶端的安装架，所述安装架一侧转动连接有两传动链轮，所述传动链轮的轴线与所述模板内侧片(402)垂直设置，两所述传动轮链轮之间通过传动链条(3)传动配合，所述安装架上固定连接有传动马达，所述传动马达与其中一所述传动链轮传动配合；所述安装架通过转轴转动连接在所述第一固定块(5)的顶端，所述安装架上固定连接有电滑环，所述电滑环的转子与所述转轴固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述平移组件包括固定连接在所述传动链条(3)上的连接组件(7)，所述连接组件(7)包括固定连接在所述传动链条(3)上的套箍(703)，所述套箍(703)的中间位置固定连接有磁铁(701)，所述套箍(703)上绕所述磁铁(701)轴线等间距固定连接有若干可形变卡块(702)，相邻所述可形变卡块(702)之间设置有间隔，所述卡块(702)为l型结构。
6.根据权利要求5所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述裂缝模拟组件(9)包括安装块(901)，所述安装块(901)上固定连接有若干钢片(902)，所述安装块(901)与所述磁铁(701)磁性连接，且所述安装块(901)与所述卡块(702)之间卡接，所述钢片(902)伸入所述浇筑腔内。
7.根据权利要求2所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述第一空洞模拟组件包括实心矩形块，所述实心矩形块设置有若干组，若干所述实心矩形块可拆卸连接在所述模板外侧片(404)和/或模板内侧片(402)上。
8.根据权利要求1所述的一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于：所述第二空洞模拟组件包括空心矩形块，所述空心矩形块设置在所述浇筑腔内。
9.一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的方法，基于权利要求1-8任一项所述的预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置，其特征在于，包括如下步骤：
技术总结
本发明公开一种预制模拟隧道裂缝、空洞组合的装置及使用方法，包括：预制模板，预制模板内设置有浇筑腔；裂缝模拟机构，裂缝模拟机构包括位置调整组件，位置调整组件上可拆卸连接有裂缝模拟组件，裂缝模拟组件设置在浇筑腔内；空洞模拟机构，空洞模拟机构包括第一空洞模拟组件和第二空洞模拟组件，第一空洞模拟组件设置在浇筑腔的侧壁上，且与预制模板侧壁可拆卸连接，第二空洞模拟组件设置在浇筑腔内，且浇筑腔侧壁之间设置有间隔；其中，位置调整组件包括平移组件和旋转组件。本发明可提供同时具备裂缝和空洞的模拟衬砌，同时可以对模拟衬砌上裂缝的长度、宽度相对位置进行调整，便于后续的实验研究。
技术研发人员：张骞,石龙贺,赵维刚,侯丽丽
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23