CN114046745A - 一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置及工作方法，本发明在内导轨上设置有传感器台座，在外导轨两侧分别设置有主动联动转盘和被动联动转盘，通过驱动装置带动主动联动转盘转动，能够使传感器台座在隧道模型内部能够螺旋式前进，更加准确、完整、连续地记录隧道在断层错动下的破坏与收敛变形的过程。
Description
技术领域
本发明属于试验装置领域，具体涉及一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置及工作方法。
背景技术
隧道是当前公共交通建设领域常用的结构形式。模型试验是研究各种极端地质灾害条件下隧道结构灾变规律的权威手段。通过重现典型地质条件演化模式可以获得隧道结构的破坏规律和受力特征，为科学研究和工程设计提供重要参考。
模型试验研究过程中，研究人员最为关注隧道结构的收敛变形和破坏情况。但是由于线形隧道结构被包裹在岩土围护介质中，无法从外侧获取结构变形破坏规律。因而只能在选取若干标准断面之后，通过在隧道内部间断布设位移传感器获取结构收敛变形。因为测点间距较大，获取的收敛变形数据离散性很大。另外由于线形隧道结构内部空间狭窄且操作不便，在标准断面布设位移传感器之后一般没有可供摄像头旋转、运动拍照的空间。致使很多相关研究并未获取隧道破坏的一手数据，研究成果的说明性有限。模型试验耗费大、数据少、精度低的工作现状阻碍了极端地质灾害条件下隧道结构灾变规律研究进展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的隧道内部变形及破坏的连续观测的问题，提供一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置。
为了达到上述目的，一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，包括内导轨，内导轨的两端设置有主动联动转盘和被动联动转盘，内导轨上设置有传感器台座，内导轨上设置有两个导轨固定架，导轨固定架与内导轨间设置有轴承，两个导轨固定架间设置有若干外导轨，所有外导轨均穿过传感器台座，转动内导轨能够使传感器台座沿着外导轨移动，主动联动转盘通过驱动装置驱动。
驱动装置包括手动驱动装置和自动驱动装置。
手动驱动装置包括固定在主动联动转盘侧面的转动手柄。
自动驱动装置包括下部转动盘，下部转动盘与主动联动转盘间套设有驱动链条，下部转动盘连接转动电机和角位移传感器。
传感器台座上固定有无线位移传感器和摄像机。
内导轨上开设有外螺纹，传感器台座内开设有内螺纹，传感器台座内螺纹与内导轨上的外螺纹啮合。
内导轨固定在活动支架上。
一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置的工作方法，包括以下步骤：
S1，搭设隧道模型后，将内导轨穿过隧道模型内部并固定，内导轨上安装主动联动转盘、被动联动转盘、外导轨、传感器台座和驱动装置；
S2，通过驱动装置匀速转动主动联动转盘，主动联动转盘带动内导轨旋转，从而使传感器台座在外导轨上从隧道模型的一端移动到另一端，同时采集隧道模型内部的收敛变形的数据以及图片；
S3，重复若干次S2，并记录采集结果，直至实验结束。
内导轨穿过隧道模型内部的中线位置并固定。
通过固定在传感器台座上的无线位移传感器和摄像机对隧道模型内部的收敛变形的数据以及图片进行采集。
与现有技术相比，本发明在内导轨上设置有传感器台座，在外导轨两侧分别设置有主动联动转盘和被动联动转盘，通过驱动装置带动主动联动转盘转动，能够使传感器台座在隧道模型内部能够螺旋式前进，更加准确、完整、连续地记录隧道在断层错动下的破坏与收敛变形的过程。
本发明的工作方法通过驱动装置对外导轨提供转动动力，内导轨使传感器台座在外导轨上前进，实现了隧道模型内部检测的连续性、准确性。本方法操作简单，成本较低，可以有效监测隧道模型实验过程中的隧道内部收敛变形的实时记录，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中驱动装置的示意图；
其中，1、内导轨，2、主动联动转盘，3、被动联动转盘，4、外导轨，5、传感器台座，6、转动手柄，7、驱动链条，8、下部转动盘，9、转动电机，10、角位移传感器，11、活动支架，12、导轨固定架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，包括内导轨1，内导轨1固定在活动支架11上，内导轨1的两端设置有主动联动转盘2和被动联动转盘3，内导轨1上设置有传感器台座5，内导轨1上设置有两个导轨固定架12，导轨固定架12与内导轨1间设置有轴承，两个导轨固定架12间设置有若干外导轨4，所有外导轨4均穿过传感器台座5，转动内导轨1能够使传感器台座5沿着外导轨4移动，主动联动转盘2通过驱动装置驱动。传感器台座5上固定有无线位移传感器和摄像机。内导轨1上开设有外螺纹，传感器台座5内开设有内螺纹，传感器台座5内螺纹与内导轨1上的外螺纹啮合。
参见图2，驱动装置包括手动驱动装置和自动驱动装置。手动驱动装置包括固定在主动联动转盘2侧面的转动手柄6。自动驱动装置包括下部转动盘8，下部转动盘8与主动联动转盘2间套设有驱动链条7，下部转动盘8连接转动电机9和角位移传感器10。
一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置的工作方法，包括以下步骤：
S1，搭设隧道模型后，将内导轨1穿过隧道模型内部的中线位置并固定，内导轨1上安装主动联动转盘2、被动联动转盘3、外导轨4、传感器台座5和驱动装置。
S2，通过驱动装置匀速转动主动联动转盘2，主动联动转盘2带动内导轨1旋转，从而使传感器台座5在外导轨4上从隧道模型的一端移动到另一端，同时采集隧道模型内部的收敛变形的数据以及图片，通过固定在传感器台座5上的无线位移传感器和GoPro相机对隧道模型内部的收敛变形的数据以及图片进行采集。
S3，重复若干次S2，并记录采集结果，直至实验结束。
S4，实验结束拆除时，按照先装的后拆、后装的先拆原则，进行拆除。
S5，最后进行数据输出以及处理。以时间轴为依据建立监测数据与角位移之间的对应关系，进一步通过数据处理软件分析隧道内部收敛变形的空间分布规律。
外导轨4为八根，外导轨4为直径1cm实心铝合金杆，表面打磨光滑。
可拆卸的传感器台座5为正八棱柱，棱柱正上下左右面设置卡座用来固定检测仪器。棱柱中间设置与内导轨能够吻合螺纹圆孔，可以使内导轨穿过且能保证传感器前进同时可以转动。棱柱环向分别设置与外导轨相对应的圆孔，共八个，使得外导轨能穿过台座且台座能在外导轨上光滑前进。
主动联动转盘2和被动联动转盘3均为钢制圆盘，转盘环向分别设置与外导轨4相对应的卡槽，共8个，卡槽内壁光滑。转盘中间设置直径略大于内导轨外径的圆孔，圆孔设置轴承，轴承与内导轨光滑，保证联动转盘带动外导轨转动时内导轨保持不动，联动转盘厚2cm，卡槽深度1.5cm。
八根外导轨4和内导轨1穿过可拆卸的传感器台座5。传感器台座5在外导轨4上移动，外导轨4与传感器台座5之间摩擦光滑，传感器台座5可以任意在外导轨5上无阻力移动，必要时可涂抹机油润滑。
内导轨1与可拆卸的传感器台座5通过螺纹实现装配，当内导轨不动传感器台座5转动时，内导轨1传感器台座5之间的螺纹咬合会驱动台座沿内导轨径向转动式移动。
外导轨4的两端通过联动转盘固定，内导轨1穿过联动转盘，两端通过活动式支架固定。
主动联动转盘通过驱动链条与转盘下部的转动盘连接，下部的转动盘通过一根转动轴与转动电机、角位移传感器连接。主动联动转盘带有转动手柄，既可以受到转动，也可以通过转动电机进行转动。
Claims (10)
1.一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，包括内导轨(1)，内导轨(1)的两端设置有主动联动转盘(2)和被动联动转盘(3)，内导轨(1)上设置有传感器台座(5)，内导轨(1)上设置有两个导轨固定架(12)，导轨固定架(12)与内导轨(1)间设置有轴承，两个导轨固定架(12)间设置有若干外导轨(4)，所有外导轨(4)均穿过传感器台座(5)，转动内导轨(1)能够使传感器台座(5)沿着外导轨(4)移动，主动联动转盘(2)通过驱动装置驱动。
2.根据权利要求1所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，驱动装置包括手动驱动装置和自动驱动装置。
3.根据权利要求2所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，手动驱动装置包括固定在主动联动转盘(2)侧面的转动手柄(6)。
4.根据权利要求2所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，自动驱动装置包括下部转动盘(8)，下部转动盘(8)与主动联动转盘(2)间套设有驱动链条(7)，下部转动盘(8)连接转动电机(9)和角位移传感器(10)。
5.根据权利要求1所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，传感器台座(5)上固定有无线位移传感器和摄像机。
6.根据权利要求1所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，内导轨(1)上开设有外螺纹，传感器台座(5)内开设有内螺纹，传感器台座(5)内螺纹与内导轨(1)上的外螺纹啮合。
7.根据权利要求1所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置，其特征在于，内导轨(1)固定在活动支架(11)上。
8.权利要求1所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，搭设隧道模型后，将内导轨(1)穿过隧道模型内部并固定，内导轨(1)上安装主动联动转盘(2)、被动联动转盘(3)、外导轨(4)、传感器台座(5)和驱动装置；
S2，通过驱动装置匀速转动主动联动转盘(2)，主动联动转盘(2)带动内导轨(1)旋转，从而使传感器台座(5)在外导轨(4)上从隧道模型的一端移动到另一端，同时采集隧道模型内部的收敛变形的数据以及图片；
S3，重复若干次S2，并记录采集结果，直至实验结束。
9.根据权利要求8所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置的工作方法，其特征在于，内导轨(1)穿过隧道模型内部的中线位置并固定。
10.根据权利要求8所述的一种活动式模型试验隧道内部状态监测装置的工作方法，其特征在于，通过固定在传感器台座(5)上的无线位移传感器和摄像机对隧道模型内部的收敛变形的数据以及图片进行采集。
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