本发明属于隧道工程，具体涉及一种隧道接头力学性能试验装置，还涉及一种隧道接头力学性能试验方法，适用于对隧道接头模型进行力学试验，获得隧道接头模型的性能。
背景技术：
1、在隧道工程中，隧道管节之间通常采用各种不同类型的连接接头进行连接，而且连接接头所在的部位是隧道中得薄弱位置，所以根据不同的接头样式，揭示其受力机理和测试出极限承载能力就显得尤为重要。
2、实际测试过程中，通常由于隧道尺寸较大，无法直接检测获得原位数据。先根据接头的尺寸和结构制作接头模型。接头模型的结构与真实接头的结构相同，只是接头模型的尺寸相对真实接头等比例缩小；再对接头模型进行力学试验，检测得出接头模型的各项数据及性能；最后再根据接头模型的数据及性能推算出真实接头的各项数据及性能。
3、目前现有的隧道接头相关试验主要有平板接头试验和管段接头试验两种。平板接头试验因其试件几何形状差异较大，难以较准确的反映隧道接头的受力机理。已有的管段接头试验无法做到轴向力、剪切力和弯矩的完全独立加载和组合加载，不能反应相应组合工况地刚度变化。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种隧道接头力学性能试验装置，还提供一种隧道接头力学性能试验方法。
2、本发明的上述目的通过以下技术手段来实现：
3、一种隧道接头力学性能试验装置，包括试样固定机构，试样固定机构包括上管片固定支座、下管片固定支座、万向轮、以及轨道，上管片固定支座包括上盖板和上固定环柱，上固定环柱设置在上盖板底部，上盖板底部还设置有竖直的螺纹连接杆，下管片固定支座包括下底板和下固定环柱，下固定环柱设置在下底板上，上固定环柱和下固定环柱共中心轴，下底板上还设置有螺纹连接杆，上管片固定支座的螺纹连接杆与下管片固定支座的螺纹连接杆通过长螺母对齐固定，下底板的底部设置有万向轮，万向轮放置在轨道上，上固定环柱的侧壁还设置有倾角仪。
4、如上所述一种隧道接头力学性能试验装置，还包括反力框架，反力框架包括下反力架、上反力架、以及直剪限位器，下反力架和上反力架之间通过连接柱固定连接，上反力架和上管片固定支座的上盖板之间设置有加载横梁，加载横梁和上盖板均设置有连接孔，加载横梁的连接孔与上盖板的连接孔通过螺栓对齐固定，轨道铺设在下反力架上，且轨道的一端延伸出下反力架外，l型的直剪限位器的竖向部固定在下反力架上。
5、如上所述一种隧道接头力学性能试验装置，还包括荷载加载机构，荷载加载机构包括轴向丝杆升降机和剪切丝杆升降机，轴向丝杆升降机的固定部与上反力架固定连接，轴向丝杆升降机的升降丝杆穿过上反力架上设置的贯穿孔与轴向力传感器的顶部连接，轴向力传感器的底部与加载横梁连接，剪切丝杆升降机的固定部与下反力架固定连接，剪切丝杆升降机的升降丝杆为水平方向，剪切丝杆升降机的升降丝杆与剪切力传感器的一端连接，剪切丝杆升降机的驱动丝杆与剪力加载手轮连接。
6、如上所述轴向丝杆升降机的升降丝杆的底端设置有上部u型卡部，加载横梁上设置有下部u型卡部，轴向力传感器的顶部和底部分别卡设在上部u型卡部和下部u型卡部内，上部紧固螺栓贯穿上部u型卡部的两臂和轴向力传感器的顶部，并通过螺母将轴向力传感器的顶部锁定在上部u型卡部内，下部紧固螺栓贯穿下部u型卡部的两臂和轴向力传感器的底部，并通过螺母将轴向力传感器的底部锁定在下部u型卡部内。
7、如上所述轴向丝杆升降机有两个，分别为第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机，第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机关于上固定环柱的中心轴对称，第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆和第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆共中心轴。
8、如上所述第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆和第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆通过t型转向器连接，t型转向器的两个输出轴分别与第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆和第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆轴接，t型转向器的输入轴与弯矩加载手轮连接；
9、或者，如上所述第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆和第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆通过连杆连接，轴力加载手轮与第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆或第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆连接。
10、一种隧道接头力学性能试验方法，利用如上所述一种隧道接头力学性能试验装置，包括以下步骤：
11、步骤1、将隧道接头试样安装在上管片固定支座和下管片固定支座之间，再将上管片固定支座的螺纹连接杆与下管片固定支座的螺纹连接杆通过长螺母对齐固定；
12、步骤2、检查隧道接头试样的上管片和下管片之间是否有初始偏移，确认无初始偏移后再将隧道接头试样通过万向轮和轨道推到上反力架和下反力架之间，且使得第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的对称轴与隧道接头试样的竖直中心轴对齐；最后将万向轮固定在轨道上，使得万向轮固定不动；
13、步骤3、解开上管片固定支座的螺纹连接杆与下管片固定支座的螺纹连接杆的连接，再检查隧道接头试样的上管片和下管片之间是否有初始偏移；
14、步骤4、获取隧道接头试样分别在轴向压力加载、轴向拉力加载、弯曲加载、以及剪切加载下的加载极值；
15、步骤5、对隧道接头试样分别进行轴向试验、纯弯试验、纯剪试验、拉弯试验、拉剪试验、压弯试验、以及压剪试验，记录试验过程中倾角仪、轴向位移传感器、水平位移传感器、轴向力传感器、以及剪切力传感器的数据；
16、步骤6、所有试验结束后，按照以下顺序拆除试验装置：将上管片固定支座的螺纹连接杆与下管片固定支座的螺纹连接杆对齐固定，解开直剪限位器与隧道接头试样的上管片的连接，解除加载横梁与上管片固定支座的连接，解除万向轮与轨道的固定，推出隧道接头试样。
17、如上所述步骤5包括以下步骤：
18、步骤5.1、对隧道接头试样进行轴向试验；
19、步骤5.1.1、根据步骤4得到的轴向压力加载的加载极值，设定分级步长，将0到轴向压力加载的加载极值分成不同的加载等级；根据步骤4得到的轴向拉力加载的加载极值，设定分级步长，将0到轴向拉力加载的加载极值分成不同的加载等级；
20、步骤5.1.2、对隧道接头试样进行轴向压力加载，在进行轴向压力加载时采用分级加载：将第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆和第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆通过连杆连接，旋转轴力加载手轮使得第一轴向丝杆升降机的升降丝杆和第二轴向丝杆升降机的升降丝杆做相同位移的下降运动，通过轴向力传感器监测隧道接头试样受到的轴向压力荷载的大小，在轴向力传感器的辅助下分级加载，记录轴向位移传感器测量的每级加载后隧道接头试样的轴向位移量；
21、步骤5.1.3、在轴向压力加载结束之后，旋转轴力加载手轮使得第一轴向丝杆升降机的升降丝杆和第二轴向丝杆升降机的升降丝杆做相同位移的上升运动，解除对隧道接头试样的轴向压力加载；
22、步骤5.1.4、对隧道接头试样进行轴向拉力加载，在进行轴向拉力加载时采用分级加载：旋转轴力加载手轮使得第一轴向丝杆升降机的升降丝杆和第二轴向丝杆升降机的升降丝杆做相同位移的上升运动，通过轴向力传感器监测隧道接头试样受到的轴向拉力荷载的大小，在轴向力传感器的辅助下进行分级加载，记录轴向位移传感器测量的每级加载后隧道接头试样的轴向位移量；
23、步骤5.1.5、在轴向拉力加载结束之后，旋转轴力加载手轮使得第一轴向丝杆升降机的升降丝杆和第二轴向丝杆升降机的升降丝杆做相同位移的下降运动，解除对隧道接头试样的轴向拉力加载。
24、如上所述步骤5还包括以下步骤：
25、步骤5.2、对隧道接头试样进行纯弯试验；
26、步骤5.2.1、根据步骤4得到的弯曲加载的加载极值，设定分级步长，将0到弯曲加载的加载极值分成不同的加载等级；
27、步骤5.2.2、将第一轴向丝杆升降机的驱动丝杆和第二轴向丝杆升降机的驱动丝杆分别与t型转向器的两个输出轴连接，再将t型转向器的输入轴与弯矩加载手轮连接，再对隧道接头试样进行弯曲加载，在进行弯曲加载时采用分级加载：旋转弯矩加载手轮使得第一轴向丝杆升降机的升降丝杆和第二轴向丝杆升降机的升降丝杆做反向同位移运动，通过两个轴向力传感器分别监测第一轴向丝杆升降机施加的轴向压力荷载的大小和第二轴向丝杆升降机施加的轴向拉力荷载的大小，在两个轴向力传感器的辅助下进行分级加载，记录倾角仪测量的每级加载后隧道接头试样的倾角大小；
28、步骤5.2.3、在纯弯试验结束之后，再旋转轴力加载手轮解除对隧道接头试样的弯曲加载。
29、如上所述步骤5还包括以下步骤：
30、步骤5.3、对隧道接头试样进行纯剪试验；
31、步骤5.3.1、根据步骤4得到的剪切加载的加载极值，设定分级步长，将0到剪切加载的加载极值分成不同的加载等级；
32、步骤5.3.2、将直剪限位器的竖向部固定在下反力架上，将直剪限位器的横向部与隧道接头试样的上管片外侧壁的抱箍连接，再对隧道接头试样进行剪切加载，在进行剪切加载时采用分级加载：旋转剪切加载手轮使得剪切丝杆升降机的升降丝杆对隧道接头试样的下管片施加剪力，与直剪限位器对隧道接头试样的上管片的作用力形成剪切力，通过剪切力传感器监测剪切丝杆升降机施加的剪力荷载的大小，在剪切力传感器的辅助下进行分级加载，记录水平位移传感器测量的每级加载后隧道接头试样的上管片与下管片的相对偏移量；
33、步骤5.3.3、在纯剪试验结束之后，再旋转剪切加载手轮解除对隧道接头试样的剪切加载。
34、如上所述步骤5还包括以下步骤：
35、步骤5.4、对隧道接头试样进行压弯试验；
36、步骤5.4.1、先将轴向压力加载到第一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向压力荷载不变；
37、步骤5.4.2、再将连杆替换为t型转向器，替换完成后进行弯曲加载，在进行弯曲加载时采用分级加载和循环加载：首先设定第一轴向丝杆升降机上升和第二轴向丝杆升降机下降的弯曲加载为正向，第一轴向丝杆升降机下降和第二轴向丝杆升降机上升的弯曲加载为反向，再对弯曲加载进行正向的分级加载，并记录倾角仪测量的每级加载后隧道接头试样的倾角大小，正向的分级加载完成后，再将加载的弯矩恢复为0，然后进行反向的分级加载，并记录倾角仪测量的每级加载后隧道接头试样的上管片与下管片的相对转角大小，最后将加载的弯矩恢复为0；
38、步骤5.4.3、将t型转向器替换为连杆，再将轴向压力荷载加载到下一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向压力荷载不变，重复步骤5.4.2，直至隧道接头试样所受轴向压力荷载达到轴向压力加载的加载极值；
39、步骤5.4.4、在压弯试验结束后，解除对隧道接头试样的轴向压力加载。
40、如上所述步骤5还包括以下步骤：
41、步骤5.5、对隧道接头试样进行压剪试验；
42、步骤5.5.1、先将轴向压力荷载加载到第一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向压力荷载不变；
43、步骤5.5.2、再对隧道接头试样进行剪切加载，在进行剪切加载时采用分级加载和循环加载：首先设定剪切丝杆升降机对下管片施加压力时剪切丝杆升降机的升降丝杆的水平位移方向为正向，剪切丝杆升降机对下管片施加拉力时剪切丝杆升降机的升降丝杆的水平位移方向为反向，再对剪切加载进行正向的分级加载，并记录水平位移传感器测量的每级加载后隧道接头试样的上管片与下管片的相对偏移量，正向的分级加载完成后，再将加载的剪力恢复为0，然后进行反向的分级加载，并记录水平位移传感器测量的每级加载后隧道接头试样的上管片与下管片的相对偏移量，最后将加载的剪力恢复为0；
44、步骤5.5.3、再将轴向压力荷载加载到下一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，重复步骤5.5.2，直至完成隧道接头试样所受轴向压力荷载达到轴向压力加载的加载极值时的剪切加载；
45、步骤5.5.4、在压剪切试验结束后，解除对隧道接头试样的轴向压力加载。
46、如上所述步骤5还包括以下步骤：
47、步骤5.6、对隧道接头试样进行拉弯试验；
48、步骤5.6.1、先将轴向拉力荷载加载到第一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向拉力荷载不变；
49、步骤5.6.2、再将连杆替换为t型转向器，替换完成后进行弯曲加载，在进行弯曲加载时采用分级加载和循环加载；
50、步骤5.6.3、将t型转向器替换为连杆，再将轴向拉力加载到下一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向拉力荷载不变，重复步骤5.6.2，直至隧道接头试样所受轴向拉力荷载达到轴向拉力加载的加载极值；
51、步骤5.6.4、在拉弯试验结束后，解除对隧道接头试样的轴向拉力加载。
52、如上所述步骤5还包括以下步骤：
53、步骤5.7、对隧道接头试样进行拉剪试验；
54、步骤5.7.1、先将轴向拉力荷载加载到第一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向拉力荷载不变；
55、步骤5.7.2、再对隧道接头试样进行剪切加载，在进行剪切加载时采用分级加载和循环加载；
56、步骤5.7.3、再将轴向拉力荷载加载到下一个加载等级，维持第一轴向丝杆升降机和第二轴向丝杆升降机的升降高度不变，使得隧道接头试样所受轴向拉力荷载不变，重复步骤5.7.2，直至完成隧道接头试样所受轴向压力荷载达到轴向拉力加载的加载极值时的剪切加载；
57、步骤5.7.4、在拉剪试验结束后，解除对隧道接头试样的轴向拉力加载。
58、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
59、(1)、在隧道接头试验过程中，可独立施加轴向荷载、弯曲荷载、以及剪切荷载，同时也可实现多个力组合进行加载，模拟不同的受力环境，同时对隧道接头试样进行试验数据的采集，得出不同荷载工况下的实验数据。
60、(2)、本发明的试样固定机构独立于设备其他各部件，便于实验，且试样固定机构的上管片固定支座和下管片固定支座可以更换，适用于多种形式的隧道接头，试验用隧道接头的尺寸可选范围大；还可以通过万向轮调节上管片固定支座和下管片固定支座的位置，以适应不同尺寸、不同类型的实验对象。