专利名称：一种地震模拟振动台模型试验洞室成型方法
技术领域：
本发明涉及一种地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，主要涉及一种用于水电、交通和能源等工程领域的地震模拟振动台模型试验的洞室成型方法。
背景技术：
随着水电、交通和地下资源项目建设的快速发展，地下洞室结构在这些领域得到广泛应用。同时，地下洞室结构在地震作用下的稳定性也受到越来越多的关注和重视。由于地下工程多具有工程规模大和地质条件复杂等特点，对地下洞室结构进行稳定性分析与评价除用理论研究和数值计算方法外，还需要多地依靠模型实验。模型试验是一种发展较早、应用广泛、形象直观的岩体介质物理力学特性研究方法，是解决复杂工程课题的重要手段。在这些大型地下洞室结构模型试验中，成功实现洞室的成型是模型试验能够顺利进行的关键因素。经查新，目前国内外没有关于振动台模型试验洞室成型方法的文献记载，有限的洞室成型方法的文献均是应用于静力模型试验中，文献情况如下:
1.中国专利公开号CN102691511A，
公开日2012.9.26，发明名称为《地下工程试验模型内埋洞室的成腔装置》，该申请案介绍了一种地下工程试验模型内埋洞室的成腔装置，该装置主要用于椭球体空腔·结构成型，无法用于水电站地下厂房、交通隧道等长大洞室模型成型。2.中国专利公开号0附0244441(^，
公开日2012.5.9，发明名称为《地质力学模型试验隐埋洞室的定位与成型方法》，该申请案介绍了一种地质力学模型试验隐埋洞室的定位与成型方法，该方法主要用于椭球体空腔结构的定位与成型，同样无法用于水电站地下厂房、交通隧道等长大洞室模型成型。3.中国专利公开号CN1401861A，
公开日2003.3.12，发明名称为《一种实体模型试验中隐蔽洞室开挖的方法及专用设备》，该申请案介绍了一种实体模型试验中隐蔽洞室开挖的方法及专用设备。该方法需要专门复杂的试验设备，还需要预埋索绳定位，用于在同质模型内按指定步骤开挖。而在振动台模型试验中，主要研究洞室成型后洞室模型在地震荷载下的响应，不需要模拟模型逐步开挖的详细过程。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的是为了提供一种适用于地震模拟振动台模型试验洞室的成型方法。为实现上述目的，本发明的技术解决方案为:
一种地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，包括以下步骤:
I制作洞室实体模型:按模型试验中洞室模型的尺寸制作形状一致的木质模具，按木质模具尺寸模塑成型加硬加重聚苯乙烯泡沫洞室实体模型，并在洞室实体模型表面包裹一层聚氯乙烯塑料；2定位洞室实体模型:按照试验设计方案中洞室模型所处的位置，在模型箱的内侧壁预定的位置上画出洞室轮廓用于定位，按洞室与模型箱内壁之间的距离制作预定长度的方木条，洞室与模型箱边界之间采用方木条固定；
3分层夯实:将搅拌好的围岩相似材料进行分层夯实，等夯实到洞室底部标高时，放入制作好的洞室实体模型，继续在洞室实体模型周围填加围岩相似材料并进行夯实，至超出洞室顶部且达到试验要求标高时止；
4开挖洞室:模型夯实成型且完全干燥后，进行洞室开挖，先开挖洞室横断面中间部位，再利用模型外层的聚氯乙烯塑料布的保护作用开挖边角部位。所述步骤I中加硬加重聚苯乙烯泡沫的密度为22Kg/m3，而一般泡沫板密度小于15Kg/m3，故本发明中的聚苯乙烯泡沫具有高密度特征。所述步骤I中模型表面包裹一层聚氯乙烯塑料,其厚度为1mm。Imm厚的聚氯乙烯塑料有足够的厚度可保护在开挖时不会破坏到洞室周围围岩，保证洞室开挖后的洞壁光滑；同时，使用太厚的聚氯乙烯塑料会使包裹后洞室模型的边角部位很难保持原有的形状，从而影响洞室成型后的形状。所述步骤2中洞室定位与固定包括两个具体措施，首先在侧壁的预定的位置上画出洞室轮廓，用于判断洞室成型时洞室位置是否发生偏移；另一措施是按洞室与模型箱的距离制作预定长度的方木条，用方木条的支撑作用固定洞室模型。所述步骤3中分层夯实，在洞室标高范围内夯实围岩相似材料时，应在洞室周围对称夯实，以确保洞室模型不发生偏移。由于采用了以上技术方案，本发明具有如下技术优势:
I采用加硬加重聚苯乙烯泡沫制作洞室实 体模型，在模型夯实制作过程中洞室实体模型变形很小，满足洞室成型尺寸精度要求。2木质模具制作工艺简单，洞室形状和尺寸完全可以根据实际要求进行调整。3充分利用聚苯乙烯泡沫材料是小颗粒塑模成型的特点，不需要特意制作开挖工具，用一般铲子即可开挖。4开挖洞室横断面中间部位时，洞室横断面边角部位起到很好的保护作用；当开挖边
角部位时，由于模型表面包裹的聚氯乙烯塑料起到的保护作用，可以完全避免开挖对洞室围岩的破坏，保证开挖完成的洞室内壁光滑、洞周材料均匀密实。
图1为地下洞室模型水平断面示意 图2为地下洞室模型垂直断面示意 图3为洞室模型木质模具示意 图4为洞室模型开挖分区示意图。附图中:1-模型箱与边界；2_围岩相似材料；3_聚苯乙烯泡沫洞室模型；4-洞室横断面中间部位；5_洞室横断面边角部位。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
一种地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，包括以下步骤: I制作洞室实体模型:根据实际工程中真实洞室的尺寸和几何相似比尺计算出模型试验中洞室模型的尺寸，按计算出的洞室模型的尺寸制作形状一致的木质模具，如图3所示，按模具尺寸模塑成型密度为22Kg/m3的加硬加重聚苯乙烯泡沫洞室模型，成型后去除木质模具，并在模型表面包裹一层厚度为Imm聚氯乙烯塑料；
2定位洞室实体模型:按照试验设计方案中洞室模型所处的位置，在模型箱I内侧壁用直尺确定洞室的预留位置，用红色油性签字笔描出洞室轮廓，用于判断洞室成型时洞室位置是否发生偏移，洞室与模型箱边界之间采用方木条固定；
3分层夯实:将搅拌好的围岩相似材料2进行分层夯实，等夯实到洞室底部标高时放入制作好的洞室实体模型3，继续在洞室实体模型3周围填围岩相似材料2，夯实时，要对称夯实，以确保洞室模型3不发生偏移，至超出洞室顶部且达到试验要求标高时止；
4开挖洞室:模型夯实成型且完全干燥后，进行洞室开挖，先开挖洞室3的横断面中间部位4，横断面边角部位5可以起到保护作用，等中间部位4开挖完成后，边角部位5就可以简单分割、很容易取出，同时模型外层的聚氯乙烯塑料也起到保护作用。
权利要求
1.一种地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，其特征在于:所述模型试验洞室成型方法按以下步骤进行: a制作洞室实体模型:按模型试验中洞室模型的尺寸制作形状一致的木质模具，按木质模具尺寸模塑成型加硬加重聚苯乙烯泡沫洞室实体模型，并在洞室实体模型表面包裹一层聚氯乙烯塑料； b定位洞室实体模型:按照试验设计方案中洞室模型所处的位置，在模型箱的内侧壁预定的位置上画出洞室轮廓用于定位，按洞室与模型箱内壁之间的距离制作预定长度的方木条，洞室与模型箱边界之间采用方木条固定； c分层夯实:将搅拌好的围岩相似材料进行分层夯实，等夯实到洞室底部标高时，放入制作好的洞室实体模型，继续在洞室实体模型周围填加围岩相似材料并进行夯实，至超出洞室顶部且达到试验要求标高时止； d开挖洞室:模型夯实成型且完全干燥后，进行洞室开挖，先开挖洞室横断面中间部位，再利用模型外层的聚氯乙烯塑料布的保护作用开挖边角部位。
2.如权利要求1所述的地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，其特征在于:所述步骤a中加硬加重聚苯乙烯泡沫的密度为22Kg/m3。
3.如权利要求1所述的地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，其特征在于:所述步骤a中模型表面包裹一层聚氯乙烯塑料，其厚度为1mm。
全文摘要
本发明涉及一种地震模拟振动台模型试验洞室成型方法，1)制作与模型试验要求的洞室尺寸一致的木质模具，按模具尺寸模塑成型加硬加重聚苯乙烯泡沫洞室模型，并在洞室模型表面包裹一层聚氯乙烯塑料。2)在模型箱中，按照设计的位置在侧壁上画出洞室轮廓用于定位，洞室与模型箱边界之间采用方木条固定。3)在洞室周围填料对称夯实，确保洞室模型不发生偏移。4)先开挖洞室横断面中间部位，再利用模型外层的塑料布的保护作用开挖边角部位。本发明能高效、简便地在模型试验中制作不同形状、不同尺寸的洞室，实现洞室空间定位准确，开挖方式简便，有效减少开挖过程对洞室周围模型材料的干扰。
文档编号G01M7/02GK103234724SQ201310154908
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者盛谦, 陈健, 刘晓敏, 冷先伦, 朱泽奇, 张勇慧, 陈国良 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所