本发明公开了一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置及方法，反力框架的内侧壁上加工有滑槽，所述滑槽上滑动配合安装有第一受力板和第二受力板，在预制反力框架上通过磁性表座位移计放置结构安装有磁性表座位移计，在第一受力板和预制反力框架之间设置有千斤顶，在第一受力板和第二受力板之间均布设置有多根弹簧，在第二受力板的外端面固定有凸起加载板，所述凸起加载板的表面粘贴有压力传感器，所述凸起加载板的凸起加载面可嵌入分离式圆形钢管开口处。装置结构简单、成本低、操作方便，可应用于各种不同条件下对隧洞的研究，为环形隧洞流质充填衬砌支护技术的推广打下坚实的基础，具有广泛的工程实践意义及应用前景。
1.一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于，它包括预制反力框架（1），所述预制反力框架（1）的内侧壁上加工有滑槽（5），所述滑槽（5）上滑动配合安装有第一受力板（3）和第二受力板（4），在预制反力框架（1）上通过磁性表座位移计放置结构安装有磁性表座位移计（18），在第一受力板（3）和预制反力框架（1）之间设置有千斤顶（2），在第一受力板（3）和第二受力板（4）之间均布设置有多根弹簧（9），在第二受力板（4）的外端面固定有凸起加载板（7），所述凸起加载板（7）的表面粘贴有压力传感器（17），所述凸起加载板（7）的凸起加载面可嵌入分离式圆形钢管（14）开口处；所述分离式圆形钢管（14）内部可填充流动性较好的流质缓冲层（10），所述流质缓冲层（10）通过包裹袋（12）包裹并设置在分离式圆形钢管（14）内部，在包裹袋（12）上预留相应的卸压口（13），所述卸压口（13）通过卸压导管（19）与抽吸设备（23）相连；
所述第一受力板（3）和第二受力板（4）的两端加工有与滑槽（5）相配合的凸滑条（6）；
所述分离式圆形钢管（14）是由两个半剖的环形管片组装而成，且两个半剖的环形管片用扣环（15）固定，且分离式圆形钢管（14）内侧环形不同位置留有卸压口（13），且在卸压口（13）处焊接卸压导管（19），分离式圆形钢管（14）内部内壁不同受力位置监测点布设有多个压力传感器（17），所述压力传感器（17）与电脑连接；所述卸压导管（19）末端设置有橡胶活塞（22）。
2.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述磁性表座位移计放置结构包括平行布置的细钢筋（20），所述细钢筋（20）平行焊接固定在预制反力框架（1）上，在细钢筋（20）之间焊接固定有钢板（21），所述磁性表座位移计（18）固定安装在钢板（21）上；所述磁性表座位移计（18）的指针与分离式圆形钢管（14）外侧表面各监测点接触。
3.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述第一受力板（3）和第二受力板（4）相配合的端面对称设置有多个均布的弹簧固定栓（8），所述弹簧（9）定位安装在弹簧固定栓（8）之间。
4.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述分离式圆形钢管（14）与凸起加载板（7）所接触的受力加载部位留有一可使凸起加载板（7）的凸起结构面嵌入的加载口。
5.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述分离式圆形钢管（14）外侧表面不同受力位置粘贴有应变片（16），所述应变片（16）与应变采集仪连接。
6.根据权利要求1所述的一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于：所述流质缓冲层（10）可选择流动性较好的密闭气、水填充物、细砂包裹物或陶粒。
7.采用权利要求1-6任意一项所述模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置进行模拟试验的方法，其特征在于：所述装置通过千斤顶（2）施加荷载作用在第一受力板（3）和第二受力板（4）上，受力板将荷载进一步作用在分离式圆形钢管（14）上，在加载荷载达到钢管的屈服极限的85%时进行卸压阶段，在卸压阶段将卸压导管（19）末端的橡胶活塞（22）去除，利用抽吸设备（23）的导管插入卸压口（13）中进行卸砂处理，卸压完成后再用橡胶活塞（22）将卸压口（13）密闭，保证在加载阶段填充物不流出，再进行加卸载操作，在此过程中利用应变片（16）、压力传感器（17）和磁性表座位移计（18）设备实时监测各监测点的力学参数。
8.根据权利要求7中所述模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置进行模拟试验的方法，其特征在于详细的操作步骤为：
Step1：材料准备：准备刚度和强度较大的不同大小和形状的钢板，千斤顶，细钢筋，弹簧，细砂，土工布，两个拱形钢管，应变片、压力传感器、磁性表座位移计、卸压导管设备；
Step2：制作反力框架：根据隧洞拱圈尺寸，利用刚度和强度较大钢板制作一个四边形的反力框架，在反力框架两侧留出凹滑槽，在反力框架适L/4处焊接两根细钢筋，在细钢筋中间位置靠近反力框架中间部位焊接磁性表座放置钢板，其中L为反力框架长边；
Step3：制作受力板：利用刚度和强度较大钢板制作两块受力板，在两块受力板两侧切割凸滑条，使其刚好能在反力框架两侧的凹滑槽中滑动，在两加载板表面等间距焊接多个弹簧固定栓，在第二受力板另一表面焊接凸起加载板；
Step4：制作分离式圆形钢管：利用刚度和强度较大钢管制作两个半剖式分离式圆形钢管，分离式圆形钢管是两个独立半圆环拱形结构，在其表面焊接若干扣环，在分离式圆形钢管各监测点等间距粘贴压力传感器；
Step5：预制流质缓冲层：利用土工布缝制包裹袋，将平均粒径为0.35-0.25mm细砂装入土工布包裹袋中制作成细长的囊状结构，并在分离式圆形钢管相应的卸压孔位置留出卸压口，将其放置于分离式圆形钢管之间，通过扣环将两个独立半圆环拱形结构固定成一个整体，并用橡胶活塞塞住卸压孔；
Step6：组装设备：在反力框架上安装千斤顶、第一受力板和第二受力板，并在两块板之间安装较大弹性系数的弹簧，使得三者可在反力框架两侧的滑槽内滑动，并将组装好的分离式圆形钢管模拟环形拱圈装置放置在反力框架内，使得第二受力板凸起加载板刚好恰好嵌入环形拱圈开口，且在与填充物接触的凸起加载板上布设一个压力传感器；
Step7： 安装监测设备：在刚板上布置磁性表座位移计，使得磁性表座位移计的指针与分离式圆形钢管外侧表面各监测点接触，在分离式圆形钢管外侧表面不同受力位置粘贴应变片与应变采集仪连接，并将在不同受力位置监测点布设压力传感器与电脑连接；
Step8：模拟试验：利用加载设备千斤顶施加不同等级的荷载，以5kN为一个量级进行加载，模拟隧洞围岩变形作用在流质充填衬砌支护结构上的不同荷载，通过布设的压力传感器来监测环形拱圈的受力大小，待加载荷载达到钢管的屈服极限的85%时进行卸压操作，利用抽吸设备吸出环形拱圈缓冲层的细砂，卸除所受较大荷载，达到减载及应力均化效果，待压力卸除完成后将卸压孔塞住，在进行加载卸压操作，在此过程中通过布设的压力传感器、磁性表座和应变片等监测设备测得各监测点的压力、变形量和应变等力学参数Step9：根据测得的各项力学参数，研究流质充填衬砌支护结构不同荷载作用下和不同充填物下的最大支护力、减载规律、应力均化规律及自动卸压规律，为实际工程提供相关的理论支撑。
一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置及方法
技术领域
[0001] 本装置涉及一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置及方法，主要适用于工程隧洞、工程巷道、采矿岩洞支护等领域。
背景技术
[0002] 近年来，随着我国国民经济的快速发展，以高速公路和国道为主体的快速交通网络的建设取得了突飞猛进的进步，山区公路隧洞作为高速公路的一个重要组成部分，在日趋注重高速公路环保、经济和效率的今天，起着愈发突出的作用。然而，由于隧洞所处的地质条件和工程条件愈发复杂，隧洞施工中及施工后的问题也愈发突出，如关角铁路隧道施工期间，隧底上鼓约1m，通车后隧底上鼓30cm；辛普伦铁路隧道横通道边墙、拱部和底部破裂、隆起。因此，解决这一系列问题支护技术的研究对隧洞工程具有重要意义。
[0003] 目前所见的隧洞受力模拟装置都无法真实的模拟隧洞所受到的力，对隧洞的研究有一定的局限性，其主要在于现有模拟装置体积过大，操作极其不方便，且对其受力不能很好得记录，而有些装置则不能很好得模拟隧洞受力情况，使对其上所受力的分析偏离真实，因此，设计一种模拟隧洞受力的装置及方法是非常重要的。
发明内容
[0004] 本发明针对自主提出的运用于工程中的流质充填衬砌支护技术，为解决目前的装置不能很好的模拟隧洞开挖后的受力情况，且都无法真实的测得环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力特征和相关规律，自主设计了一种能够真实模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置及方法，该装置可实时监测测得各项力学参数，实时对隧洞受力情况及时反馈；装置结构简单、成本低、操作方便，可应用于各种不同条件下对隧洞的研究，为环形隧洞流质充填衬砌支护技术的推广打下坚实的基础，具有广泛的工程实践意义及应用前景。
[0005] 为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于，它包括预制反力框架，所述预制反力框架的内侧壁上加工有滑槽，所述滑槽上滑动配合安装有第一受力板和第二受力板，在预制反力框架上通过磁性表座位移计放置结构安装有磁性表座位移计，在第一受力板和预制反力框架之间设置有千斤顶，在第一受力板和第二受力板之间均布设置有多根弹簧，在第二受力板的外端面固定有凸起加载板，所述凸起加载板的表面粘贴有压力传感器，所述凸起加载板的凸起加载面可嵌入分离式圆形钢管开口处；所述分离式圆形钢管内部可填充流动性较好的流质缓冲层，所述流质缓冲层通过包裹袋包裹并设置在分离式圆形钢管内部，在包裹袋上预留相应的卸压口，所述卸压口通过卸压导管与抽吸设备相连。
[0006] 所述第一受力板和第二受力板的两端加工有与滑槽相配合的凸滑条。
[0007] 所述磁性表座位移计放置结构包括平行布置的细钢筋，所述细钢筋平行焊接固定在预制反力框架上，在细钢筋之间焊接固定有钢板，所述磁性表座位移计固定安装在钢板上；所述磁性表座位移计的指针与分离式圆形钢管外侧表面各监测点接触。
[0008] 所述第一受力板和第二受力板相配合的端面对称设置有多个均布的弹簧固定栓，所述弹簧定位安装在弹簧固定栓之间。
[0009] 所述分离式圆形钢管与凸起加载板所接触的受力加载部位留有一可使凸起加载板的凸起结构面嵌入的加载口。
[0010] 所述分离式圆形钢管外侧表面不同受力位置粘贴有应变片，所述应变片与应变采集仪连接。
[0011] 所述流质缓冲层可选择流动性较好的密闭气、水填充物、细砂包裹物或陶粒。
[0012] 所述分离式圆形钢管是由两个半剖的环形管片组装而成，且两个半剖的环形管片用扣环固定，且分离式圆形钢管内侧环形不同位置留有卸压口，且在卸压口处焊接卸压导管，分离式圆形钢管内部内壁不同受力位置监测点布设有多个压力传感器，所述压力传感器与电脑连接；所述卸压导管末端设置有橡胶活塞。
[0013] 任意一项所述模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置进行模拟试验的方法，所述装置通过千斤顶施加荷载作用在第一受力板和第二受力板上，受力板将荷载进一步作用在分离式圆形钢管上，在加载荷载达到钢管的屈服极限的85%时进行卸压阶段，在卸压阶段将卸压导管末端的橡胶活塞去除，利用抽吸设备的导管插入卸压口中进行卸砂处理，卸压完成后再用橡胶活塞将卸压口密闭，保证在加载阶段填充物不流出，再进行加卸载操作，在此过程中利用应变片、压力传感器和磁性表座位移计设备实时监测各监测点的力学参数。
[0014] 所述模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置进行模拟试验的方法，其特征在于详细的操作步骤为：
[0015] Step1：材料准备：准备刚度和强度较大的不同大小和形状的钢板，千斤顶，细钢筋，弹簧，细砂，土工布，两个拱形钢管，应变片、压力传感器、磁性表座位移计、卸压导管设备；
[0016] Step2：制作反力框架：根据隧洞拱圈尺寸，利用刚度和强度较大钢板制作一个四边形的反力框架，在反力框架两侧留出凹滑槽，在反力框架适L/4处焊接两根细钢筋，在细钢筋中间位置靠近反力框架中间部位焊接磁性表座放置钢板，其中L为反力框架长边；
[0017] Step3：制作受力板：利用刚度和强度较大钢板制作两块受力板，在两块受力板两侧切割凸滑条，使其刚好能在反力框架两侧的凹滑槽中滑动，在两加载板表面等间距焊接多个弹簧固定栓，在第二受力板另一表面焊接凸起加载板；
[0018] Step4：制作分离式圆形钢管：利用刚度和强度较大钢管制作两个半剖式分离式圆形钢管，分离式圆形钢管是两个独立半圆环拱形结构，在其表面焊接若干扣环，在分离式圆形钢管各监测点等间距粘贴压力传感器；
[0019] Step5：预制流质缓冲层：利用土工布缝制包裹袋，将平均粒径为0.35-0.25mm细砂装入土工布包裹袋中制作成细长的囊状结构，并在分离式圆形钢管相应的卸压孔位置留出卸压口，将其放置于分离式圆形钢管之间，通过扣环将两个独立半圆环拱形结构固定成一个整体，并用橡胶活塞塞住卸压孔；
[0020] Step6：组装设备：在反力框架上安装千斤顶、第一受力板和第二受力板，并在两块板之间安装较大弹性系数的弹簧，使得三者可在反力框架两侧的滑槽内滑动，并将组装好的分离式圆形钢管模拟环形拱圈装置放置在反力框架内，使得第二受力板凸起加载板刚好恰好嵌入环形拱圈开口，且在与填充物接触的凸起加载板上布设一个压力传感器；
[0021] Step7： 安装监测设备：在刚板上布置磁性表座位移计，使得磁性表座位移计的指针与分离式圆形钢管外侧表面各监测点接触，在分离式圆形钢管外侧表面不同受力位置粘贴应变片与应变采集仪连接，并将在不同受力位置监测点布设压力传感器与电脑连接；
[0022] Step8：模拟试验：利用加载设备千斤顶施加不同等级的荷载，以5kN为一个量级进行加载，模拟隧洞围岩变形作用在流质充填衬砌支护结构上的不同荷载，通过布设的压力传感器来监测环形拱圈的受力大小，待加载荷载达到钢管的屈服极限的85%时进行卸压操作，利用抽吸设备吸出环形拱圈缓冲层的细砂，卸除所受较大荷载，达到减载及应力均化效果，待压力卸除完成后将卸压孔塞住，在进行加载卸压操作，在此过程中通过布设的压力传感器、磁性表座和应变片等监测设备测得各监测点的压力、变形量和应变等力学参数[0023] Step9：根据测得的各项力学参数，研究流质充填衬砌支护结构不同荷载作用下和不同充填物下的最大支护力、减载规律、应力均化规律及自动卸压规律，为实际工程提供相关的理论支撑。
[0024] 本发明有如下有益效果：
[0025] 1、本发明创新性的在实际隧洞工程中初衬和二衬之间的预留变形量层填充一层流质填充物的缓冲层，该缓冲层既能给围岩提供变形的空间又能通过缓冲层自身的强度消耗一部分围岩的应力，对二衬支护结构起到保护作用，从而使二衬支护效果达到最佳。
[0026] 2、针对自主提出的运用于工程中的流质充填衬砌支护技术，自主设计了该装置，利用该装置模拟隧洞围岩变形作用在流质充填衬砌支护结构上的不同等级荷载，加载到一定荷载时进行卸压操作，研究流质充填衬砌支护结构不同荷载作用下和不同充填物下的最大支护力、减载规律、应力均化规律及自动卸压规律。
[0027] 3、本发明所提出的装置可实时监测隧洞受力情况，受力机理更加接近隧洞自身受力情况，且充分利用填充物的流动性均化局部大荷载，使得隧洞整体衬砌支护结构受力更为均匀和安全。
[0028] 4、本发明提出利用卸压设备及时卸除隧洞受力较大位置荷载，使得受力较小的位置的结构发挥较大的支护效果，整个隧洞支护结构受力更加均匀。
[0029] 5、该装置可实时监测隧洞开挖后的受力变形情况并及时反馈，为工程中监测隧洞变形提供一种新方法，且所测得的数据也为实际工程提供理论支撑，具有广泛的工程实践意义及应用前景。
[0030] 6、本发明有效地解决了模拟情况失真，模拟操作不方便等问题，从而能够真实模拟隧洞围岩的受力变形情况，装置结构简单、成本低、操作方便，可应用于各种不同条件下对隧洞的研究，并为环形隧洞流质充填衬砌支护技术的推广打下坚实的基础。
附图说明
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 图1为本发明涉及的环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置整体示意图。
[0033] 图2为本发明涉及的两个半剖分离式圆形钢管示意详图。
[0034] 图3为本发明涉及的受力板及滑槽示意详图。
[0035] 图4为本发明涉及的装置局部组装示意图。
[0036] 图中：预制反力框架1、千斤顶2、第一受力板3、第二受力板4、滑槽5、凸滑条6、凸起加载板7、弹簧固定栓8、弹簧9、流质缓冲层10、细砂11、包裹袋12、卸压口13、分离式圆形钢管14、扣环15、应变片16、压力传感器17、磁性表座位移计18、卸压导管19、细钢筋20、钢板21、橡胶活塞22、抽吸设备23。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
[0038] 实施例1：
[0039] 如图1-4所示，一种模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力的装置，其特征在于，它包括预制反力框架1，所述预制反力框架1的内侧壁上加工有滑槽5，所述滑槽5上滑动配合安装有第一受力板3和第二受力板4，在预制反力框架1上通过磁性表座位移计放置结构安装有磁性表座位移计18，在第一受力板3和预制反力框架1之间设置有千斤顶2，在第一受力板3和第二受力板4之间均布设置有多根弹簧9，在第二受力板4的外端面固定有凸起加载板7，所述凸起加载板7的表面粘贴有压力传感器17，所述凸起加载板7的凸起加载面可嵌入分离式圆形钢管14开口处；所述分离式圆形钢管14内部可填充流动性较好的流质缓冲层10，所述流质缓冲层10通过包裹袋12包裹并设置在分离式圆形钢管14内部，在包裹袋12上预留相应的卸压口13，所述卸压口13通过卸压导管19与抽吸设备23相连。
[0040] 进一步的，所述第一受力板3和第二受力板4的两端加工有与滑槽5相配合的凸滑条6。
[0041] 进一步的，所述磁性表座位移计放置结构包括平行布置的细钢筋20，所述细钢筋20平行焊接固定在预制反力框架1上，在细钢筋20之间焊接固定有钢板21，所述磁性表座位移计18固定安装在钢板21上；所述磁性表座位移计18的指针与分离式圆形钢管14外侧表面各监测点接触。
[0042] 进一步的，所述第一受力板3和第二受力板4相配合的端面对称设置有多个均布的弹簧固定栓8，所述弹簧9定位安装在弹簧固定栓8之间。
[0043] 进一步的，所述分离式圆形钢管14与凸起加载板7所接触的受力加载部位留有一可使凸起加载板7的凸起结构面嵌入的加载口。
[0044] 进一步的，所述分离式圆形钢管14外侧表面不同受力位置粘贴有应变片16，所述应变片16与应变采集仪连接。
[0045] 进一步的，所述流质缓冲层10可选择流动性较好的密闭气、水填充物、细砂包裹物或陶粒。
[0046] 进一步的，所述分离式圆形钢管14是由两个半剖的环形管片组装而成，且两个半剖的环形管片用扣环15固定，且分离式圆形钢管14内侧环形不同位置留有卸压口13，且在卸压口13处焊接卸压导管19，分离式圆形钢管14内部内壁不同受力位置监测点布设有多个压力传感器17，所述压力传感器17与电脑连接；所述卸压导管19末端设置有橡胶活塞22。
[0047] 实施例2：
[0048] 利用具有较大刚度和强度的钢板焊接成反力框架1，并且在预制反力框架1两侧有凹进去的滑槽5，在反力框架1上焊接磁性表座位移计放置结构，所述结构由两根有一定间距的焊接在反力框架1上，在细钢筋20中间位置焊接一块钢板21构成。
[0049] 进一步的，所述千斤顶2是该装置加载力的设备，来模拟隧洞所受荷载，其底部作用在反力框架1上，顶部作用在第一受力板3上给该装置施加荷载。
[0050] 进一步的，所述第一受力板3是由具有较大刚度和强度的钢板制成，第一受力板3两端结构为凸起的凸滑条6，可刚好与反力框架1两侧凹进去的滑槽5配合使用，使得第一受力板3在滑槽5上滑动。
[0051] 进一步的，所述第一受力板3分为两块，第一受力板3平整面与千斤顶22接触，另一表面焊有多个弹簧固定栓8；第二受力板4与第一受力板3所对应的表面焊有多个与第一受力板3对称的固定弹簧栓8，第二受力板4另一表面焊接一个凸起加载板7，凸起加载板7表面粘贴有压力传感器17。
[0052] 进一步的，所述第一受力板3与第二受力板4上对称的固定弹簧栓8可以安装一定弹性系数的弹簧9，两块受力板与弹簧9连接成一个整体在滑槽5中滑动。
[0053] 进一步的，所述第二受力板4另一表面的凸起加载板7的凸起加载面可嵌入分离式圆形钢管14开口处。
[0054] 进一步的，所述分离式圆形钢管14具有较大的强度和刚度，分离式圆形钢管14与第二受力板4所接触的受力加载部位留有一可使凸起加载板7的凸起结构面嵌入的加载口。
[0055] 进一步的，所述分离式圆形钢管14是由两个半剖的环形管片组装而成，且两个半剖的环形管片可用扣环15固定，且分离式圆形钢管14内侧环形不同位置留有卸压口13，且在卸压口13处焊接卸压导管19，分离式圆形钢管14内部内壁不同受力位置监测点布设有压力传感器17与电脑连接。
[0056] 进一步的，所述分离式圆形钢管14内部可填充流动性较好的填充物即为流质缓冲层10，流质缓冲层10为一层流动性较好的缓冲层，即实际工程中在隧洞初衬与二衬之间的预留变形量层填充一层流质填充物的缓冲层10，所述流质缓冲层10可选择流动性较好的密闭气、水填充物，细砂包裹物、陶粒等，本发明只对充填物为砂体时进行说明，但不对充填物作出限制。
[0057] 进一步的，所述填充物为细砂时，流质缓冲层10由细砂11和包裹袋12组成，由土工布缝制包裹袋12，在包裹袋12填充细砂11形成细长的囊状，并在包裹袋12上留出相应的卸压口13，包裹袋12恰好能填充分离式圆形钢管14内外圈。
[0058] 进一步的，所述卸压口13在加载阶段通过橡胶活塞22塞住密闭，在卸压阶段将橡胶活塞去除利用抽吸设备23的导管插入卸压口13中进行卸砂处理，卸压完成后再用橡胶活塞22将卸压口13密闭。
[0059] 进一步的，所述钢板21上布置磁性表座位移计18，磁性表座位移计18的指针与分离式圆形钢管14外侧表面各监测点接触，分离式圆形钢管14外侧表面不同受力位置粘贴有应变片16与应变采集仪连接。
[0060] 实施例3：
[0061] 任意一项所述模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置进行模拟试验的方法，所述装置通过千斤顶2施加荷载作用在第一受力板3和第二受力板4上，受力板将荷载进一步作用在分离式圆形钢管14上，在加载荷载达到钢管的屈服极限的85%时进行卸压阶段，在卸压阶段将卸压导管19末端的橡胶活塞22去除，利用抽吸设备23的导管插入卸压口13中进行卸砂处理，卸压完成后再用橡胶活塞22将卸压口13密闭，保证在加载阶段填充物不流出，再进行加卸载操作，在此过程中利用应变片16、压力传感器17和磁性表座位移计18设备实时监测各监测点的力学参数。
[0062] 所述模拟环形隧洞流质充填衬砌支护结构受力装置进行模拟试验的方法，其特征在于详细的操作步骤为：
[0063] Step1：材料准备：准备刚度和强度较大的不同大小和形状的钢板，千斤顶，细钢筋，弹簧，细砂，土工布，两个拱形钢管，应变片、压力传感器、磁性表座位移计、卸压导管设备；
[0064] Step2：制作反力框架：根据隧洞拱圈尺寸，利用刚度和强度较大钢板制作一个四边形的反力框架，在反力框架两侧留出凹滑槽，在反力框架适L/4处焊接两根细钢筋，在细钢筋中间位置靠近反力框架中间部位焊接磁性表座放置钢板，其中L为反力框架长边；
[0065] Step3：制作受力板：利用刚度和强度较大钢板制作两块受力板，在两块受力板两侧切割凸滑条，使其刚好能在反力框架两侧的凹滑槽中滑动，在两加载板表面等间距焊接多个弹簧固定栓，在第二受力板另一表面焊接凸起加载板；
[0066] Step4：制作分离式圆形钢管：利用刚度和强度较大钢管制作两个半剖式分离式圆形钢管，分离式圆形钢管是两个独立半圆环拱形结构，在其表面焊接若干扣环，在分离式圆形钢管各监测点等间距粘贴压力传感器；
[0067] Step5：预制流质缓冲层：利用土工布缝制包裹袋，将平均粒径为0.35-0.25mm细砂装入土工布包裹袋中制作成细长的囊状结构，并在分离式圆形钢管相应的卸压孔位置留出卸压口，将其放置于分离式圆形钢管之间，通过扣环将两个独立半圆环拱形结构固定成一个整体，并用橡胶活塞塞住卸压孔；
[0068] Step6：组装设备：在反力框架上安装千斤顶、第一受力板和第二受力板，并在两块板之间安装较大弹性系数的弹簧，使得三者可在反力框架两侧的滑槽内滑动，并将组装好的分离式圆形钢管模拟环形拱圈装置放置在反力框架内，使得第二受力板凸起加载板刚好恰好嵌入环形拱圈开口，且在与填充物接触的凸起加载板上布设一个压力传感器；
[0069] Step7： 安装监测设备：在刚板上布置磁性表座位移计，使得磁性表座位移计的指针与分离式圆形钢管外侧表面各监测点接触，在分离式圆形钢管外侧表面不同受力位置粘贴应变片与应变采集仪连接，并将在不同受力位置监测点布设压力传感器与电脑连接；
[0070] Step8：模拟试验：利用加载设备千斤顶施加不同等级的荷载，以5kN为一个量级进行加载，模拟隧洞围岩变形作用在流质充填衬砌支护结构上的不同荷载，通过布设的压力传感器来监测环形拱圈的受力大小，待加载荷载达到钢管的屈服极限的85%时进行卸压操作，利用抽吸设备吸出环形拱圈缓冲层的细砂，卸除所受较大荷载，达到减载及应力均化效果，待压力卸除完成后将卸压孔塞住，在进行加载卸压操作，在此过程中通过布设的压力传感器、磁性表座和应变片等监测设备测得各监测点的压力、变形量和应变等力学参数[0071] Step9：根据测得的各项力学参数，研究流质充填衬砌支护结构不同荷载作用下和不同充填物下的最大支护力、减载规律、应力均化规律及自动卸压规律，为实际工程提供相关的理论支撑。
[0072] 上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
