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现代隧道技术 MODERNTUNNEI．LING 大型沉管隧道模型试验相似材料研究 TECHNoLOGY 文章编号：1009—6582(2015)01—0114—05 大型沉管隧道模型试验相似材料研究 胡指南谢永利来弘鹏 (长安大学公路学院，西安710064) 摘 要 为研究沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理，参考试验平台尺寸确定了试 验模型相似比，根据相似定理推导了相似判据。采用高水灰比、高砂率并选取低标号水泥、低弹模骨料、膨润土、聚丙 烯纤维、粉煤灰等材料制成相似材料混合料，经试配试验最后确定相似材料混合料配合比。应用万能压力机、应变仪、 引伸计等对试件强度与弹性模量进行了力学测试。配合比试验研究表明，通过调节膨润土的掺量，能够配制出弹模低 于10CPa，而强度高于8MPa的相似材料混凝土。所配制的相似材料混凝土的力学性能稳定，与普通混凝土的力学 性质相似，满足试验要求。 关键词 相似材料沉管隧道模型试验 中图分类号：U459．5 文献标识码：A 料强度无法满足试验要求。若采用普通混凝土进行模 1模型试验概况 型制作，试验结果不容易反推回结构原型。因此，设计 模型试验依托港珠澳大桥跨海交通集群工程长 了一种折中的方案，对重点研究的剪力键采用相似材 约6km的双向六车道海底沉管隧道。隧道宽37．95料混凝土制作，而主要承受和传递荷载的沉管节段模 m，高11．4m，由33节管节组成，每个管节分为8个型则采用C30商品混凝土浇筑(图1)。由于剪力键在 节段。为研究沉管隧道节段接头的作用机理，在长 对接和搬运过程中极易损伤，在配制相似材料的过程 安大学沉降模拟实验室内开展大型节段接头模型试 中．考虑在相似材料弹性模量相似的条件下，对其强 t的自锁式 度进行一定的提高。目前国内外，在土工结构相似材 验．通过计算机对138个额定载重100 千斤顶进行控制，以模拟隧道所处不均匀沉降与不 料研究方面。一般采用重晶石、天然砂、石英砂、石粉 均匀荷载工况。结合试验平台尺寸确定模型试验相 等作为混合料骨料。采用水泥、石膏、环氧树脂等作为 似比为1：4．69。沉管模型为三个节段，每节段长胶结剂对岩土体进行模拟㈣。在隧道抗震的模型试验 4．80 中也有学者采用聚乙烯泡沫模拟隧道衬砌结构M。在 m，宽8．09m，高2．43m。模型试验主要研究节 段接头的受力机理。PC拉锁预应力能够增大端面摩 低弹模、高强混凝土方面，多在水泥混凝土中掺入膨 擦，有利于节段接头受力。为考虑最不利工况，未施 润土、粉煤灰、聚丙烯纤维、减水剂等材料嗍，或以水 加沉管节段预应力。模型试验采用堆载砂土的方式 溶性高分子材料、活性混合料掣1q制成高强度、低弹 模拟沉管周围所处荷载环境。 模相似材料混凝土。上述研究成果具有重要借鉴意 按相似定理进行推导．原型的材料弹性模量约为 义。但无适合本模型试验力学性能的相似材料。本试 模型的5倍，且一般而言，随着弹性模量的降低，材料 验在水泥混凝土中掺入聚丙烯纤维、膨润土、粉煤灰 的强度也将随之降低。考虑到模型试验过程中模型需 等制成弹性模量较低，而强度较高的沉管模型相似材 要多次进行运输、对接、加载与复位，而剪力键等细部 料。所得相似材料满足试验要求，可以为同类模型试 结构对精度要求又较高，按相似比进行折减之后，材 验提供一定的参考。 修改稿返回日期：2014一05一14 基金项目：国家科技支撑计划项目(2011BAG07801)；中央高校基金项目(CHD2012TD009)． 作者简介：胡指南(