(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210978347.8 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 内蒙古科技大学 地址 014010 内蒙古自治区包头市昆区阿 尔丁大街7号 (72)发明人 张旭　梁驰宇　许有俊　张朝　 张博华　王文千　 (74)专利代理 机构 上海申蒙商标专利代理有限 公司 31214 专利代理师 黄明凯 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/303(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01M 99/00(2011.01) (54)发明名称 一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影 响的实验方法 (57)摘要 本发明公开了一种研究通透肋式连拱隧道 受落石冲击影响的实验方法， 包括以下步骤： 利 用实验装置进行实验； 启动千斤顶进行预加载， 直至第一曲板与通透肋式连拱隧道模型紧密接 触后停止预加载； 启动千斤顶加压至预设荷载， 记录下此时千分表和应变仪所显示的数值； 调整 仿落石冲击系统的发射角度， 利用仿落石冲击系 统的发射物冲击通透肋式连拱隧道模型的衬砌 结构， 记录此时千分表和应变仪所显示的数值； 通过高速相机记录此次发射物 射出时的初速度、 接触通透肋式连拱隧道模型前的末速度以及发 射物的运动轨迹。 本发明的优点是： 通过仿落石 冲击系统发射小球模拟落石对受荷状态下通透 肋式连拱隧道进行冲击， 进而得到通透肋式连拱 隧道衬砌结构的抗冲击能力。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 115308035 A 2022.11.08 CN 115308035 A 1.一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特征在于， 所述实验方 法包括以下步骤： （S1） 利用实验装置进行实验； 其中， 所述实验装置包括反力系 统、 加载系统、 通透肋式 连拱隧道模型、 仿落石冲击系统以及量测系统， 所述反力系统由反力墙和嵌入所述反力墙 内的反力架构成； 所述通透肋式连拱隧道模型通过所述加载系统安装在所述反力架形成的 空间内； 所述加载系统包括若干安装在所述反力架内表面的千斤顶， 所述千斤顶的活塞杆 前端连接有压力传感器， 所述压力传感器通过第一螺旋圆柱弹簧同第一 曲板连接， 所述第 一曲板的曲率与所述通透肋式连拱隧道模型的曲率一致； 所述仿落石冲击系统安装在所述 反力架内表面顶部； 所述量测系统包括千分表、 应变片、 应变仪以及高速相机， 所述千分表 布设于所述通透肋式连拱隧道模型 的衬砌结构内表面、 中墙顶部以及中墙底部， 所述应变 片粘贴于所述通透肋式连拱隧道模型的衬砌结构内表面和外表面、 中墙顶部 以及中墙底 部， 所述高速相机架设于所述反力系统正前 方， 所述应 变仪同所述应 变片通讯连接； （S2） 启动所述千斤顶进行预加载， 直至所述第 一曲板与所述通透肋式连拱隧道模型紧 密接触后停止预加载； 启动所述千斤顶加压至预设荷载， 记录下此时所述千分表和所述应 变仪所显示的数值， 用以研究所述通透肋式连拱隧道模型在受到预设荷载时衬砌结构表面 产生的法向位移以及应 变值； （S3） 调整所述仿落石冲击系统 的发射角度， 利用所述仿落石冲击系统 的发射物冲击所 述通透肋式连拱隧道模型 的衬砌结构， 记录此时所述千分表和所述应变仪所显示的数值， 用以研究所述通透肋式连拱隧道模型在受荷状态下遭受撞击时衬砌结构表面产生的法向 位移以及应变值； 通过所述高速相 机记录此次所述发射物射出时的初速度、 接触所述通透 肋式连拱隧道模型 前的末速度以及所述发射物的运动轨 迹。 2.如权利要求1所述的一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特 征在于： 所述仿落石冲击系统包括 发射装置和空心铁球， 所述发射装置包括 发射管、 固定在 所述发射管尾端的电磁铁以及安装在所述发射管内的第二螺旋圆柱弹簧， 所述第二螺旋圆 柱弹簧两端分别同所述电磁铁和所述空心铁球连接， 所述电磁铁后侧端通过球铰与所述反 力架相连接 。 3.如权利要求2所述的一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特 征在于： 所述球铰包括开设于所述反力架上的球形小孔以及同所述球形小孔相适配的铁 球， 所述铁球安装在所述球形小孔内并可在所述球形小孔内运动； 所述球形小孔外侧设有 螺栓， 通过拧紧所述螺 栓， 以固定所述铁球在所述球形小孔内的位置 。 4.如权利要求1所述的一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特 征在于： 所述反力架内表面底部通过第三螺旋圆柱弹簧同第二 曲板连接， 所述第二 曲板的 曲率与所述 通透肋式连 拱隧道模型的曲率 一致。 5.如权利要求1所述的一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特 征在于： 所述反力架在所述通透肋式连拱隧道模型的扩大基础处的左侧和底部均分别布置 有铝合金垫块， 所述铝合金垫块通过第四螺旋圆柱弹簧同第三 曲板连接， 所述第三 曲板的 曲率同所述 通透肋式连 拱隧道模型的扩大基础处的曲率 一致。 6.如权利要求1所述的一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特 征在于： 所述千斤顶分别设于所述反力架内表面的左侧、 顶部以及右侧。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115308035 A 2一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 通透肋式连拱隧道的技术领域， 尤其是一种研究通透肋式连拱隧道受 落石冲击影响的实验方法。 背景技术 [0002]近年来出现的通透肋式连拱隧道以其独特的设计理念为连拱隧道的修建贡献了 新的方案。 通透肋式连拱隧道为傍山修建的浅埋偏压隧道， 结构形式采用双连拱结构， 外洞 为肋梁结构， 具有良好的通风、 采光性能， 有效地减小了对山坡植被的破坏面； 外洞拱顶部 位设置有防落石挡墙， 旨在避免隧道顶部边坡表 面滑落的落石落入外洞从而对隧道的正常 运营产生影响。 目前多数学者对通透肋式连拱隧道顶部边坡的稳定性进行了研究， 但是缺 乏对通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的研究。 防落石挡墙能够抵挡多大尺寸、 多快速度 的落石冲击以及隧道外洞拱部位置的衬砌结构抗落石冲击的能力均不明确。 落石一旦冲破 防落石挡墙或者破坏了隧道的主体结构， 人们的生命财产安全将会受到巨大的威胁。 因此， 亟待一个模型实验研究不同尺寸、 不同速度的落石冲击对通透肋式连拱隧道的影响， 进而 揭示通透肋式连 拱隧道衬砌结构抗 落石冲击的能力。 发明内容 [0003]本发明的目的是根据上述现有技术的不足， 提供了一种研究通透肋式连拱隧道受 落石冲击影响的实验方法， 通过设置反力系统、 加载系统、 通透肋式连拱隧道模型、 仿落石 冲击系统以及量测系统， 可以模拟落石对受荷状态下通透肋式连拱隧道进行冲击， 通过分 析衬砌结构在受到落石冲击前后衬砌结构发生的应变以及法向变形的差异进而总结得到 通透肋式连拱隧道在遭受落石冲击的情况下衬砌结构的变形与损伤破坏规律， 进而得到通 透肋式连 拱隧道衬砌结构的抗冲击能力。 [0004]本发明目的实现由以下技 术方案完成： 一种研究通透肋式连拱隧道受落石冲击影响的实验方法， 其特征在于， 所述实验 方法包括以下步骤： （S1） 利用实验装置进行实验； 其中， 所述实验装置包括反力系统、 加 载系统、 通透 肋式连拱隧道模型、 仿落石冲击系统以及量测系统， 所述反力系统由反力墙和嵌入所述反 力墙内的反力架构成； 所述通透肋式连拱隧道模型通过所述加载系统安装在所述反力架形 成的空间内； 所述加载系统包括若干安装在所述反力架内表面的千斤顶， 所述千斤顶的活 塞杆前端连接有压力传感器， 所述压力传感器通过第一螺旋圆柱弹簧同第一 曲板连接， 所 述第一曲板的曲率与所述通透肋式连拱隧道模型的曲率一致； 所述仿落石冲击系统安装在 所述反力架内表面顶部； 所述量测系统包括千分表、 应变片、 应变仪以及高速相 机， 所述千 分表布设于所述通透肋式连拱隧道模型 的衬砌结构内表面、 中墙顶部以及中墙底部， 所述 应变片粘贴于所述通透肋式连拱隧道模型的衬砌结构内表面和外表面、 中墙顶部以及中墙 底部， 所述高速相机架设于所述反力系统正前 方， 所述应 变仪同所述应 变片通讯连接；说　明　书 1/5 页 3 CN 115308035 A 3