CN107664485A - 一种降雨模型箱中地表位移计固定装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降雨模型箱中地表位移计固定装置及使用方法，包括悬挂条、导轨、可伸缩结构梁、滑块、支撑杆和夹持装置。每条导轨与两个悬挂条相连，两条导轨通过悬挂条分别悬挂于模型箱上部的两个侧边，可伸缩结构梁的两端可分别安装于两条导轨上，支撑杆的上端通过滑块安装于结构梁上，用于夹持压力传感器和位移计的夹持装置安装于支撑杆的下端。本发明将导轨、可伸缩结构梁和可移动支撑杆结合于一体，将压力传感器和位移计同时使用，使位移计能够在模型箱内地表平面范围内连续移动，且能自动检测位移计是否与模型箱内地表面贴紧，从而利用位移计实现了对降雨模型箱中地表任意位置的测量。

Description

一种降雨模型箱中地表位移计固定装置及使用方法
技术领域
本发明属于隧道及地下工程物理模拟实验领域，尤其涉及一种降雨模型箱中地表位移计固定装置及使用方法。
背景技术
降雨条件下隧道围岩的渐进性破坏机理是目前国内外关注的热点，而模型试验是研究这一科学难题的重要手段。在降雨模拟实验过程中，模型箱内地表发生沉降，各个位置的沉降量便是降雨实验需要测量的结果。降雨实验过程中，模型箱内的地表各个位置沉降量不一，需要多个位置同时进行测量才能充分全面的描述实验结果。
目前，常用的测量方式是在模型箱上安装地表位移计固定支架来固定位移计，实现对模型箱内地表沉降量进行测量。现有的地表位移计固定装置的结构较为简单，通常只能安装固定数目的位移计，且位移计在模型箱中的位置不能直接测量出来。因模型箱中位移计的数目固定，所以可测得位置有限，位移计通常只能在一个竖直平面内测量，要更换测量平面时需要全部拆除支架再安装。在模型箱地表平面内位移计的移动是离散而非连续的。在安装位移计时无法得知位移计是否与模型箱内地表面贴紧，导致实验结果的可靠度减小。综上，现有的传统位移计固定装置不能方便的实现对模型箱内地表各个位置的连续测量，也不能自动检测知位移计是否与模型箱内地表面贴紧。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够使位移计实现对模型箱内地表各个位置的连续测量和能够自动检测知位移计是否与模型箱内地表面贴紧的降雨模型箱中地表位移计固定装置及使用方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种降雨模型箱中地表位移计固定装置，包括悬挂条、导轨、可伸缩结构梁、滑块、支撑杆、夹持机构、压力传感器和位移计，其中：
所述可伸缩结构梁的两端设置有与导轨相匹配的滑动部分，所述滑动部分设置于导轨上，且所述滑动部分与导轨滑动连接。
所述悬挂条一端与导轨固定连接，另一端用于悬挂在模型箱上。
所述滑块一侧设置有用于沿可伸缩结构梁滑动定位的夹持片，而另一侧设置有突出块。所述夹持片安装在可伸缩结构梁上，且所述夹持片与可伸缩结构梁滑动连接，所述夹持片设置有第二螺孔，所述第二螺孔上设置有第二螺栓，且所述第二螺栓用于滑块的定位固定。所述突出块沿重力方向设置有贯穿突出块的支撑杆通孔，所述突出块侧面设置有定位螺孔，且所述定位螺孔与支撑杆通孔连通，所述定位螺孔上设置有用于支撑杆定位固定的第三螺栓。
所述支撑杆一端设置有螺杆，另一端从支撑杆通孔中伸出，且所述支撑杆与支撑杆通孔滑动连接，同时通过第三螺栓定位固定。
所述夹持机构包括连杆、安装孔以及夹持套筒，所述夹持套筒分别设置在连杆的两端，所述安装孔设置于连杆中部；所述螺杆穿过安装孔，通过螺帽与螺杆的配合将安装孔与螺杆固定；其中，一个夹持套筒用于夹持压力传感器，另一个夹持套筒用于夹持位移计。
进一步地：所述导轨上设置有用于滑动的凹槽一，而所述滑动部分设置有与凹槽一相契合的凸出部分一。或者所述导轨上设置有用于滑动的凸出部分二，而所述滑动部分设置有与凸出部分二相契合的凹槽二。所述滑动部分上还设置有雨量感应器，可根据雨量大小调节位移计位置，避免下雨形成的坑洼对测量结果造成的影响。
进一步地：所述可伸缩结构梁朝向模型箱外面的一侧设有用于测量位移计位置的刻度。
优选的：所述可伸缩结构梁包括结构梁一和结构梁二，所述结构梁一设置于结构梁二内，且所述结构梁一和结构梁二滑动连接。
进一步地：所述滑动部分上设置有用于定位固定的第一螺栓。
进一步地：所述支撑杆上设置有用于第三螺栓定位固定的凹槽三。
优选的：所述夹持套筒与连杆相连，夹持套筒的侧边开有缝隙，以调节其大小；半圆形夹片的两端均设有夹紧通孔，半圆形夹片通过螺栓组件相互固定安装在一起以进一步固定夹持套筒。位移计位于夹持套筒内部，避免了其受到淋雨的影响产生锈蚀，有效保证了其灵敏度。
优选的：所述压力传感器和位移计的底部位于同一平面内。两个夹持套筒上部通过液压自动调节平衡器相连，当压力传感器报警时，液压自动调节平衡器可自动调节位移计与地面贴紧。
一种基于上述所述的降雨模型箱中地表位移计固定装置的使用方法：首先通过悬挂条将导轨安装于模型箱的短边，再根据模型箱长边的长度调整可伸缩结构梁的长度，将其安装于导轨之上；其次，将滑块、支撑杆、和夹持机构通过螺杆和螺母连结成一整体，通过滑块将其安装于可伸缩结构梁之上；再次，通过调节可伸缩结构梁在导轨上的位置、滑块在可伸缩结构梁上的位置，确定平面内需要测量的点的位置；然后，将压力传感器和位移计安装于夹持机构上，要点在于使压力传感器和位移计的底部位于同一平面内；最后，向下移动支撑杆带动压力传感器和位移计移动，当压力传感器报警时，液压自动调节平衡器可自动调节位移计与地面贴紧，通过螺杆固定支撑杆；观察雨量感应器的大小，根据雨量大小调节位移计位置。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
1)本发明将导轨、可伸缩结构梁、滑块和支撑杆的移动和固定结于一体，使位移计能够实现对模型箱内地表各个位置的连续测量而不用拆卸装置。
2)本发明将压力传感器和位移计及液压自动调节平衡器的同时使用，实现了对位移计是否与模型箱内地表面贴紧的自动检测。
3)本发明导轨和可伸缩结构梁的结合，使该装置其能够适应不同长度和宽度的模型箱。若模型箱宽度较宽而又需要在该方向大距离移动时，可先移动导轨将其悬挂于需测量位置，再在导轨上滑动结构梁。模型箱宽度较小时，只需在导轨上滑动结构梁即可。在模型箱长度方向只需对结构梁进行伸缩即可。
4)本发明中的可伸缩结构梁采用强度和刚度均较高的材料制作，因此在厚度上较薄，不会影降雨效果。
5)本发明采用套筒夹持位移计的方法，有效避免了降雨对位移计灵敏度的影响，保证了其使用效果。
6)本发明的可伸缩结构梁标有刻度，能够方便的测出位移计在模型箱中的位置。因可伸缩结构梁上安装的滑块数量和距离可调，因此由滑块通过支撑杆和夹持装置带动的位移计数目和位移计之间的距离均可调。
附图说明
图1本发明所述一种降雨模型箱中地表位移计固定装置使用时的立体图。
图2本发明所述一种降雨模型箱中地表位移计固定装置立体图。
图3本发明所述导轨的立体图。
图4本发明所述可伸缩结构梁的立体图。
图5本发明所述滑块的立体图。
图6本发明所述支撑杆的立体图。
图7本发明所述滑块、支撑杆和夹持装置组装后安装压力传感器和位移计的立体图。
图8本发明所述夹持装置的立体图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种降雨模型箱中地表位移计固定装置，如图1、2所示，安装于降雨模型箱9上，包括悬挂条1、导轨2、可伸缩结构梁3、滑块4、支撑杆5、夹持机构6、压力传感器7和位移计8，其中：
如图4所示，所述可伸缩结构梁3的两端设置有与导轨2相匹配的滑动部分32，所述滑动部分32设置于导轨2上，且所述滑动部分32与导轨2滑动连接。所述滑动部分32上还设置有雨量感应器35，可根据雨量大小调节位移计8位置，避免下雨形成的坑洼对测量结果造成的影响。如图3所示，所述悬挂条1一端与导轨2固定连接，另一端用于悬挂在模型箱9上。所述导轨2通过悬挂条1分别悬挂于模型箱上部的两个短侧边。因此可通过悬挂条1可将导轨安置于模型箱内的任一位置，完成检测点的初步调节。所述导轨2上设置有用于滑动的凹槽一21，而所述滑动部分32设置有与凹槽一21相契合的凸出部分一33，该凸出部分一33可在导轨的凹槽一21内滑动。或者所述导轨2上设置有用于滑动的凸出部分二，而所述滑动部分32设置有与凸出部分二相契合的凹槽二。所述滑动部分32上设置有用于定位固定的第一螺栓。在两端滑动部分32分别设有上下相通的螺孔31，螺杆LG穿过螺孔31，通过螺杆LG的松开和拧紧操作，可以实现可伸缩结构梁3在导轨2的轴向方向移动和固定的目的。通过此种设计，可使得滑动部分32沿导轨2滑动，进而完成可伸缩结构梁3(位移计8)纵向的二次调节，此处纵向是指沿导轨2的方向。所述可伸缩结构梁3横向布置，且所述可伸缩结构梁3朝向模型箱外面的一侧设有用于测量位移计位置的刻度34，即标有刻度的一面朝向模型箱外侧，能够方便地测量位移计在模型箱中的位置。所述可伸缩结构梁3包括结构梁一和结构梁二，所述结构梁一设置于结构梁二内，且所述结构梁一和结构梁二滑动连接。
如图5所示，所述滑块4一侧设置有用于沿可伸缩结构梁3滑动定位的夹持片，而另一侧设置有突出块42。所述夹持片安装在可伸缩结构梁3上，且所述夹持片与可伸缩结构梁3滑动连接，所述夹持片设置有第二螺孔41，所述第二螺孔41沿可伸缩结构梁3上滑动的上方上下贯通，所述第二螺孔41上设置有第二螺栓(可为螺杆LG)，且所述第二螺栓用于滑块4的定位固定，螺杆LG穿过螺孔41，通过螺杆LG的松开和拧紧操作，可以实现滑块4在可伸缩结构梁3的轴向方向移动和固定的目的，所述突出块42沿重力方向(上下相通)设置有贯穿突出块的支撑杆通孔43，所述支撑杆通孔43为方形孔，所述突出块42侧面设置有定位螺孔44，且所述定位螺孔44与支撑杆通孔43连通，所述定位螺孔44上设置有用于支撑杆5定位固定的第三螺栓，该第三螺栓可为螺杆LG。通过此种设计，可使得支撑杆5沿可伸缩结构梁3滑动，进而完成支撑杆5(位移计8)横向的二次调节，此处横向是指沿可伸缩结构梁3的方向。
如图6、7所示，所述支撑杆5一端设置有螺杆52，另一端从支撑杆通孔43中伸出，且所述支撑杆5与支撑杆通孔43滑动连接，同时通过第三螺栓定位固定，如图6所示，支撑杆5用于上下移动的上半部分为方形杆51，在方形杆51的前面上设有一个深度较浅的凹槽三53，以实现螺杆LG对支撑杆5更好的固定的目的，支撑杆5的下端为螺杆52，以实现夹持装置6用螺母LM安装于支撑杆5的目的。支撑杆5可在方形孔43内上下移动，在突出块42的前面设有与方形孔相通的螺孔44，螺杆LG穿过螺孔44，通过螺杆LG的松开和拧紧操作，可以实现支撑杆5在方形孔43内上下移动和固定的目的，滑块可带动支撑杆在可伸缩结构梁轴向方向移动和固定。通过此种设计，可使得位移计8沿方形杆51重力方向上下滑动，进而完成位移计8重力方向的二次调节。
如图8所示，所述夹持机构6包括连杆、安装孔61以及夹持套筒62，所述夹持套筒62分别设置在连杆的两端，所述安装孔61设置于连杆中部，所述安装孔61为圆形通孔；所述螺杆52穿过安装孔61，通过螺帽与螺杆52的配合将安装孔61与螺杆52固定，即支撑杆5的下端螺杆52穿过安装孔61与螺母LM锁紧可将夹持装置6安装于支撑杆5上；其中，一个夹持套筒62用于夹持压力传感器7，另一个夹持套筒62用于夹持位移计8，夹持套筒62的上部连有液压自动调节平衡器65。所述夹持套筒62与连杆相连，夹持套筒62的侧边开有缝隙，以调节其大小；半圆形夹片63的两端均设有夹紧通孔64，夹紧通孔64为圆形通孔，半圆形夹片63通过螺栓组件相互固定安装在一起，两片夹片63通过螺杆LG和螺母LM相对安装，以进一步固定夹持套筒62；安装压力传感器7和位移计8时使二者下端处于同一水平面内，当支撑杆5通过夹持装置6带动压力传感器7和位移计8同时向下移动贴紧地表时，压力传感器7发出信号，液压自动调节平衡器65自动调节位移计8与地面贴紧。从而实现对位移计8是否与模型箱9内地表面贴紧的自动检测。通过此种设计，可使得位移计8与压力传感器7所受到的压力一致，当压力传感器7和位移计8时使二者下端处于同一水平面内时，当移动位移计8时，自动调节平衡器65会自动调节位移计8与压力传感器7处于同一水平面内，完成位移计8的精细调节。图中螺杆均为LG(图中未标记)，螺母均为LM(图中未标记)。
如图1所示，两条导轨2通过悬挂条1分别安装于模型箱9上部的两个相对的短侧边并相互平行，即两条横向的所述导轨2通过悬挂条1分别悬挂于模型箱9上部的两个侧边，将本实施例的降雨模型箱中地表位移计固定装置安装于模型箱9上，模型箱9上设置有降雨模拟装置10。横向的可伸缩结构梁3的两端能够在所述导轨2的轴向方向移动和固定；竖向的所述支撑杆5的上端通过滑块4安装于所述可伸缩结构梁3上，并能够通过滑块4在所述可伸缩结构梁3的轴向方向移动和固定；用于夹持所述压力传感器7和位移计8的所述夹持机构安装于所述支撑杆5的下端，上述结构中，可伸缩结构梁3能够通过滑块4、支撑杆5和夹持机构带动位移计8在模型箱短边方向移动和固定，滑块4能够通过支撑杆5和夹持机构带动位移计在模型箱长边方向移动和固定，从而实现对模型箱内地表各个位置的连续测量；夹持机构的两端各设有用于夹持所述压力传感器7和位移计8的夹具，安装压力传感器7和位移计8时使二者下端处于同一水平面内，当支撑杆5通过夹持机构带动压力传感器7和位移计8向下移动贴紧地表时，压力传感器7发出信号，液压自动调节平衡器65自动调节位移计8与地面贴紧，从而实现对位移计8是否与模型箱内地表面贴紧的自动检测。本实施例通过对位移计8的初步调节、二次调节以及精细调节三个调节协同作用，使得位移计能够测量地表的任意位置，即将导轨、可伸缩结构梁和可移动支撑杆结合于一体，将压力传感器和位移计同时使用，使位移计能够在模型箱内地表平面范围内连续移动，且能自动检测位移计是否与模型箱内地表面贴紧，从而利用位移计实现了对降雨模型箱中地表任意位置的测量。
一种降雨模型箱中地表位移计固定装置的使用方法，使用时，首先通过悬挂条1将导轨2安装于模型箱9的短边，再根据模型箱9长边的长度调整可伸缩结构梁3的长度，将其安装于导轨2之上。其次，将滑块4、支撑杆5、和夹持机构6通过螺杆和螺母连结成一整体，通过滑块4将其安装于可伸缩结构梁3之上。再次，通过调节可伸缩结构梁3在导轨2上的位置、滑块4在可伸缩结构梁3上的位置，确定平面内需要测量的点的位置。然后，将压力传感器7和位移计8安装于夹持机构6上，要点在于使压力传感器7和位移计8的底部位于同一平面内。最后，向下移动支撑杆5带动压力传感器7和位移计8移动，当压力传感器7报警时，即在压力传感器7上设置有报警器，并与其连通，当压力传感器7检测到压力时，报警器报警，液压自动调节平衡器65自动调节位移计8与地面贴紧，通过螺杆固定支撑杆5。观察雨量感应器35的大小，根据雨量大小调节位移计8位置，避免下雨形成的坑洼对测量结果造成的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：包括悬挂条(1)、导轨(2)、可伸缩结构梁(3)、滑块(4)、支撑杆(5)、夹持机构(6)、压力传感器(7)和位移计(8)，其中：
所述可伸缩结构梁(3)的两端设置有与导轨(2)相匹配的滑动部分(32)，所述滑动部分(32)设置于导轨(2)上，且所述滑动部分(32)与导轨(2)滑动连接；
所述悬挂条(1)一端与导轨(2)固定连接，另一端用于悬挂在模型箱(9)上；
所述滑块(4)一侧设置有用于沿可伸缩结构梁(3)滑动定位的夹持片，而另一侧设置有突出块(42)；所述夹持片安装在可伸缩结构梁(3)上，且所述夹持片与可伸缩结构梁(3)滑动连接，所述夹持片设置有第二螺孔(41)，所述第二螺孔(41)上设置有第二螺栓，且所述第二螺栓用于滑块(4)的定位固定；所述突出块(42)沿重力方向设置有贯穿突出块的支撑杆通孔(43)，所述突出块(42)侧面设置有定位螺孔(44)，且所述定位螺孔(44)与支撑杆通孔(43)连通，所述定位螺孔(44)上设置有用于支撑杆(5)定位固定的第三螺栓；
所述支撑杆(5)一端设置有螺杆(52)，另一端从支撑杆通孔(43)中伸出，且所述支撑杆(5)与支撑杆通孔(43)滑动连接，同时通过第三螺栓定位固定；
所述夹持机构(6)包括连杆、安装孔(61)以及夹持套筒(62)，所述夹持套筒(62)分别设置在连杆的两端，所述安装孔(61)设置于连杆中部；所述螺杆(52)穿过安装孔(61)，通过螺帽与螺杆(52)的配合将安装孔(61)与螺杆(52)固定；其中，一个夹持套筒(62)用于夹持压力传感器(7)，另一个夹持套筒(62)用于夹持位移计(8)；两个夹持套筒(62)上部通过液压自动调节平衡器(65)相连，所述液压自动调节平衡器(65)根据压力传感器(7)检测到的压力调节位移计(8)与地面相贴紧。
2.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述导轨(2)上设置有用于滑动的凹槽一(21)，而所述滑动部分(32)设置有与凹槽一(21)相契合的凸出部分一(33)；或者所述导轨(2)上设置有用于滑动的凸出部分二，而所述滑动部分(32)设置有与凸出部分二相契合的凹槽二；所述滑动部分(32)上还设置有雨量感应器(35)，根据雨量大小调节位移计(8)位置。
3.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述可伸缩结构梁(3)朝向模型箱外面的一侧设有用于测量位移计位置的刻度(34)。
4.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述可伸缩结构梁(3)包括结构梁一和结构梁二，所述结构梁一设置于结构梁二内，且所述结构梁一和结构梁二滑动连接。
5.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述滑动部分(32)上设置有用于定位固定的第一螺栓。
6.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述支撑杆(5)上设置有用于第三螺栓定位固定的凹槽三(53)。
7.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述夹持套筒(62)与连杆相连，夹持套筒(62)的侧边开有缝隙；半圆形夹片(63)的两端均设有夹紧通孔(64)，半圆形夹片(63)通过螺栓组件相互固定安装在一起以进一步固定夹持套筒(62)；位移计位于夹持套筒(62)内部。
8.根据权利要求1所述降雨模型箱中地表位移计固定装置，其特征在于：所述压力传感器(7)和位移计(8)的底部位于同一平面内。
9.一种基于权利要求1-8任一所述的降雨模型箱中地表位移计固定装置的使用方法，其特征在于：首先通过悬挂条(1)将导轨(2)安装于模型箱(9)的短边，再根据模型箱(9)长边的长度调整可伸缩结构梁(3)的长度，将其安装于导轨(2)之上；其次，将滑块(4)、支撑杆(5)、和夹持机构(6)通过螺杆和螺母连结成一整体，通过滑块(4)将其安装于可伸缩结构梁(3)之上；再次，通过调节可伸缩结构梁(3)在导轨(2)上的位置、滑块(4)在可伸缩结构梁(3)上的位置，确定平面内需要测量的点的位置；然后，将压力传感器(7)和位移计(8)安装于夹持机构(6)上，要点在于使压力传感器(7)和位移计(8)的底部位于同一平面内；最后，向下移动支撑杆(5)带动压力传感器(7)和位移计(8)移动，当压力传感器(7)报警时，液压自动调节平衡器(65)可自动调节位移计(8)与地面贴紧，通过螺杆固定支撑杆(5)；观察雨量感应器(35)的大小，根据雨量大小调节位移计(8)位置。
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