一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台的制作方法

技术特征：
1.一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，包括：隧道结构模型(1)，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个所述隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在所述隧道结构模型(1)内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；所述位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接；模型箱(2)，竖直设置于所述隧道结构模型(1)上部，且其左右两端的宽度宽于所述隧道结构模型(1)的宽度；其包括横向立板(2
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1)、纵向立板(2
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2)和岩土体相似材料(3)；所述横向立板(2
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1)为两个，位于两端的两个所述隧道洞口处，且位于初期支护外侧，各底部环绕于所述初期支护；两个所述横向立板(2
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1)相平行，其左右长度均大于所述隧道结构模型(1)的宽度；所述纵向立板(2
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2)为两个，均为竖直向设置的板体，位于两个所述横向立板(2
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1)间，且位于所述横向立板(2
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1)的左右端部，其相平行，各所述纵向立板(2
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2)的端部与所述横向立板(2
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1)的端部相贴合连接，所述纵向立板(2
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2)与横向立板(2
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1)及隧道结构模型(1)间形成上端敞口的模型箱(2)，在所述模型箱(2)的顶部还设置有预制盖板；岩土体相似材料(3)，填满于所述模型箱(2)内，其与待验证隧道地层的岩土体相似。2.根据权利要求1所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，在各所述横向立板(2
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1)的左右端及上端沿竖向及横向走向间隔开设有多个纵向通孔，两个所述横向立板(2
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1)上的通孔的位置相对称，对称的两个所述通孔内均纵向贯通设置有用于加热或冷却的管道，位于一所述横向立板(2
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1)端的各所述管道的端部封闭，位于另一所述横向立板(2
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1)端的各所述管道的端部为敞口状，且敞口的一端与制冷装置或加热装置相连接。3.根据权利要求2所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，各所述横向立板(2
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1)的外侧壁与其所在端的隧道洞口的外侧壁相平齐。4.根据权利要求3所述的一种冻融循环环境隧道模拟试验平台，其特征在于，在所述岩土体相似材料(3)中埋设有冻胀力测量装置，用于测试土体冻胀过程中冻胀力的大小和温度，所述冻胀力测量装置与控制器相连接，所述控制器设置于模型箱(2)外。5.根据权利要求4所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，其特征在于，所述隧道结构模型(1)在纵向上为一段或者相连接的多段，当为多段时，多段的结构设置不同。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台的施工方法，其特征在于，该施工方法包括如下步骤：步骤一、以待验证隧道为基准，按照比例缩放，在实验室地面施做隧道结构模型(1)，所述隧道结构模型1的纵向的前后两端为隧道洞口，且两个所述隧道洞口均与外界相连通；步骤二、在所述隧道结构模型(1)的上方，且环绕于所述初期支护外侧一周施做竖直向的模型箱(2)，具体如下：步骤2.1、在两端的两个所述隧道洞口处，且位于所述隧道结构模型(1)的上方环向一周立模浇筑混凝土，在各洞口端形成竖直向上的横向立板(2
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1)，且横向立板(2
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1)的左右两端均越过所述隧道结构模型(1)的左右侧边；在各所述横向立板(2
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1)的左右端及上端沿竖向及横向走向间隔开设有多个纵向通孔；两个所述横向立板(2
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1)上的通孔的位置相对
称，相对应位置的两个所述通孔与隧道结构模型(1)外侧上方的空间相连通；步骤2.2、在所述隧道结构模型(1)的左右侧，且位于前后洞口的两个所述立板间的左右端，各立模浇筑混凝土，形成两个竖直向上的纵向立板(2
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2)，所述纵向立板(2
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2)、横向立板(2
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1)及隧道结构模型(1)间形成上端敞口的模型箱(2)；步骤2.3、在各所述纵向通孔内插入用于加热或冷却的管道(4)，位于所述隧道结构模型(1)的同一端的所述管道(4)的端部，一端封闭，一端敞口，将敞口的一端与制冷装置或加热装置相连接；步骤2.4、在所述模型箱(2)内填满与待待验证隧道上方岩土体相似材料(3)，且在材料中埋设冻胀力测量装置，所述冻胀力测量装置与控制器相连接，所述控制器设置于模型箱(2)外；步骤2.5、在所述模型箱(2)的上部敞口端施做预制盖板，封闭所述模型箱(2)。7.根据权利要求1
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5中任一项所述一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台用于冻融循环环境隧道模拟试验方法，其特征在于，该模拟试验方法如下：启动制冷装置，并保持设定时长，使模型箱(2)的边界处处于低温环境，低温热量依次传递至岩土体相似的材料(3)和隧道结构模型(1)；然后关闭制冷装置，启动加热装置，并保持规定时长，使模型箱(2)的边界处处于高温环境，且热量依次传递至岩土体相似材料(3)和隧道结构模型(1)；依次交替启动制冷装置和加热装置，使岩土体相似材料(3)和隧道结构模型(1)处在冻融循环过程；由控制器得出冻融循环过程的监测数据，监测数据用于判断温度
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冻胀力之间的关系，用于得出隧道结构模型(1)中隧道衬砌位移和内力变化；且在所述隧道结构模型(1)为多段时，由所述监测数据得出在冻融循环过程中隧道衬砌位移和内力变化最小的一段，以作为待验证隧道选择结构设置的依据。

技术总结
本发明公开了一种冻融循环环境寒区隧道模拟试验平台，包括：隧道结构模型，施做于实验室地面，其以待验证隧道为基准，按照比例缩放，缩放后的长度与待验证段相同，其纵向的前后两端为隧道洞口，且两个隧道洞口均与外界相连通，隧道洞内用于人员通行；在隧道结构模型内埋设有隧道衬砌位移测量装置和内力量测装置；位移测量装置和内力量测装置均与设置于隧道洞内的控制装置相连接。模型箱，竖直设置于隧道结构模型上部，且其左右两端的宽度宽于隧道结构模型的宽度。该试验平台尺寸足够大，可考虑诸如偏压隧道等复杂地形；可根据隧道现场实际工况进行防冻保温隔热模拟。际工况进行防冻保温隔热模拟。际工况进行防冻保温隔热模拟。


技术研发人员：牛富生 卓越 潘岳 邹翀 刘永胜 王华 杨朝帅 杨泽平 何伟 贺雄飞 谢韬 李荆 尚伟
受保护的技术使用者：中铁隧道勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2021.08.20
技术公布日：2021/10/23