CN211373520U - 一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，包括围岩压力施加装置、围岩压力测量装置、外侧钢拱架、内侧钢拱架和混凝土墩，围岩压力施加装置包括转动盘和螺栓，围岩压力测量装置包括压片、弹簧及透明圆管，外侧钢拱架和内侧钢拱架的两端分别固定于混凝土墩，螺栓的下端位于透明圆管内，透明圆管下端与内侧钢拱架固定连接，透明圆管内设有弹簧，弹簧下端与内侧钢拱架固定连接，弹簧上端固定有压片，当旋转转动盘时，螺栓向下触及压片并压缩弹簧使其产生形变。本实用新型通过对隧道模型加压而改变其轮廓形状，能够实现定量分级加压，模拟多种受力情况下的隧道，测量隧道模型受力后的周边收敛。

Description

一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置

技术领域

本实用新型涉及隧道收敛监测教学试验装置技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置。

背景技术

随着我国地下隧道里程数的增加，对隧道工程的专业人员需求也越来越多。隧道收敛测量是隧道结构变形监测的重要内容，激光收敛仪等小型非接触式测量仪器已在隧道及地下工程结构物的变形和安全性监测中得到广泛应用。但隧道工程施工现场情况复杂、具有一定的危险性，学生现场教学可能妨碍施工，也存在安全风险。同时，课堂讲解较为抽象，学生难以理解，所以需要试验教具帮助教学。

此外，交通隧道多处于地下或山岭，安全性极为重要。实际工程试验耗费巨大，故模型试验具有重要参考价值。了解隧道在不同受力情况下的变形有助于对实际工程采取针对性的支护措施。

本实用新型教具模拟了实际工程隧道在受力过程中可能产生的变形情况，帮助学生学习隧道方面的专业知识，也可以为实际工程提供参考。

中国实用新型专利公开说明书(CN208476557U)公开了一种线形可调的多功能隧道模型试验装置，包括由多个纵向单元拼接组成的隧道模型主体，所述纵向单元包括底座、设置在底座上的隧道路面底层骨架、设置在隧道路面底层骨架上的隧道侧壁骨架，所述底座与隧道路面底层骨架之间设置有用于调节隧道坡率的坡率调节机构和用于对隧道路面进行缓冲的缓冲件，隧道侧壁骨架内表面以可拆卸的方式固定有柔性内铺装材料层。上述试验装置可以同时实现隧道的横纵坡率、隧道的线形曲率及隧道的内表面环境的多种调节，但是无法对隧道模型中的侧壁骨架进行加载，使其发生变形，也无法安装激光收敛仪，对隧道收敛变形进行测量。

为满足教学对隧道工程模型的需求，模拟隧道不同受力情况下的结构变形，本实用新型提供一种可调节隧道侧壁压力以改变侧壁形状和具有激光收敛仪安装接头的隧道模拟试验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可改变隧道侧壁形状、使用激光收敛仪量测隧道周边收敛的试验装置，满足结构简单、操作方便快捷等要求。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，包括围岩压力施加装置、围岩压力测量装置、内侧钢拱架、外侧钢拱架和混凝土墩，所述内侧钢拱架位于外侧钢拱架内侧，所述内侧钢拱架与外侧钢拱架间隔分布，所述内侧钢拱架包括第一拱形部分和第一直线部分，所述第一直线部分固定于所述混凝土墩，所述外侧钢拱架包括第二拱形部分和第二直线部分，所述第二直线部分固定于所述混凝土墩，所述围岩压力施加装置包括转动盘和螺栓，所述转动盘固定于螺栓，所述第二拱形部分设有若干拱形部螺孔，所述拱形部螺孔与所述螺栓螺纹连接，所述围岩压力测量装置包括压片、弹簧和透明圆管，所述螺栓的下端位于透明圆管内，所述透明圆管下端与第一拱形部分固定连接，所述透明圆管内设有弹簧，所述弹簧下端与第一拱形部分固定连接，弹簧上端固定有压片，旋转转动盘时，螺栓向下触及压片并压缩弹簧使其产生形变。

所述混凝土墩设有第一竖向孔、第二竖向孔和横向孔，所述第二直线部分固定于所述第二竖向孔，所述第一直线部分固定于所述第一竖向孔，第一直线部分设有直线部螺孔，所述直线部螺孔与横向孔相对应且通过膨胀螺栓穿过横向孔并拧入直线部螺孔实现两者的连接，所述膨胀螺栓用于连接激光收敛仪。

所述螺栓长度大于外侧钢拱架的厚度，旋转转动盘至弹簧达到压缩极限时，转动盘高于外侧钢拱架表面。

所述第二拱形部分的拱形部螺孔等间隔分布。

所述透明圆管沿其长度方向设有刻度，所述压片未受螺栓作用力时与透明圆管的初始刻度对齐。

与现有技术相比，本实用新型至少包括以下有益效果：

1.通过围岩压力施加装置，能够对隧道模型加压而改变其轮廓形状；

2.通过围岩压力测量装置，能够实现定量分级加压，模拟多种受力情况下的隧道；

3.通过膨胀螺栓与激光收敛仪的连接，能够实现模拟测量隧道模型受力后的隧道周边收敛。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例中隧道收敛测量教学试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型的围岩压力施加装置和围岩压力测量装置的结构示意图。

图中：围岩压力施加装置1、转动盘11、螺栓12、围岩压力测量装置2、压片21、弹簧22、透明圆管23、内侧钢拱架3、第一拱形部分31、第一直线部分32、外侧钢拱架4、第二拱形部分41、第二直线部分42、混凝土墩5、第一竖向孔51、第二竖向孔52、横向孔53、膨胀螺栓6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

如图1-2所示，一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，包括围岩压力施加装置1、围岩压力测量装置2、内侧钢拱架3、外侧钢拱架4和混凝土墩5，所述混凝土墩5数量为2个，分布在左右两侧，每个混凝土墩5设有第一竖向孔51、第二竖向孔52和横向孔53，所述内侧钢拱架3位于外侧钢拱架4内侧且间隔分布，所述外侧钢拱架4采用刚度稍大的金属材料，而内侧钢拱架3采用刚度稍小的金属材料，内侧钢拱架3可发生形变，使测量更方便，结果更直观。

所述内侧钢拱架3包括第一拱形部分31和第一直线部分32，所述外侧钢拱架4包括第二拱形部分41和第二直线部分42，第一拱形部分31和第一直线部分32为一体成型，第二拱形部分41和第二直线部分42为一体成型。

所述第二直线部分42固定于所述第二竖向孔52，所述第一直线部分32固定于所述第一竖向孔51，第一直线部分32长度不小于400mm，第二直线部分42长度不小于200mm，由于内侧钢拱架3是受力部件，外侧钢拱架4不受力，因此可以考虑第二直线部分42的安装长度小于第一直线部分32的安装长度。

第一直线部分32设有直线部螺孔，所述直线部螺孔与横向孔53相对应且通过膨胀螺栓6穿过横向孔53并拧入直线部螺孔实现两者的连接，所述膨胀螺栓6用于连接激光收敛仪，实现模拟测量隧道模型受力后的隧道周边收敛。

所述围岩压力施加装置1包括转动盘11和螺栓12，所述转动盘11固定于螺栓12，转动盘11与螺栓12可以采用焊接或其他固定方式，所述第二拱形部分41设有若干拱形部螺孔，所述拱形部螺孔等间隔分布，拱形部螺孔的数量为7个，所述拱形部螺孔与螺栓12螺纹连接，所述螺栓12长度大于外侧钢拱架4的厚度，旋转转动盘11至弹簧22达到压缩极限时，转动盘11高于外侧钢拱架4表面，这样转动盘11始终不会与外侧钢拱架4产生摩擦。

所述围岩压力测量装置2包括压片21、弹簧22和透明圆管23，所述螺栓12的下端位于透明圆管23内，所述透明圆管23下端与第一拱形部分31固定连接，所述透明圆管23内设有弹簧22，所述弹簧22下端与第一拱形部分31固定连接，弹簧22上端固定有压片21，所述压片21为红色圆形小薄片，红色可便于观察与读取刻度，也可以是其他颜色，其材质可以为金属、塑料等，所述压片21的直径略小于透明圆管23的内壁直径，所述透明圆管23沿其长度方向设有刻度，所述压片21未受螺栓12作用力时与透明圆管23的初始刻度对齐，所述透明圆管23外侧标记为压力刻度，初始刻度为“0”刻度线，向内侧钢拱架3一侧刻度逐渐变大，所述透明圆管23外侧所标记的压力刻度可通过胡克定律(F＝kx，其中F为弹簧受到的作用力，单位N；k为弹簧的劲度系数，单位N/m；x为弹簧的形变量，单位m)进行标定，旋转转动盘11时，螺栓12向下触及压片21并压缩弹簧22使其产生形变，由此实现定量分级加压，模拟多种受力情况下的隧道。

所述螺栓12直径稍小于所述透明圆管23的内壁直径，螺栓12与所述压片21的直径基本相当，使螺栓12与压片21的接触面尽可能大，螺栓12与压片21的重心在同一直线上，旋转转动盘11时，螺栓12接触压片21，压片21向下压缩弹簧22并保持水平状态不倾斜，测量结果更加准确。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，包括围岩压力施加装置(1)、围岩压力测量装置(2)、内侧钢拱架(3)、外侧钢拱架(4)和混凝土墩(5)，其特征在于：所述内侧钢拱架(3)位于外侧钢拱架(4)内侧，所述内侧钢拱架(3)与外侧钢拱架(4)间隔分布，所述内侧钢拱架(3)包括第一拱形部分(31)和第一直线部分(32)，所述第一直线部分(32)固定于所述混凝土墩(5)，所述外侧钢拱架(4)包括第二拱形部分(41)和第二直线部分(42)，所述第二直线部分(42)固定于所述混凝土墩(5)，所述围岩压力施加装置(1)包括转动盘(11)和螺栓(12)，所述转动盘(11)固定于螺栓(12)，所述第二拱形部分(41)设有若干拱形部螺孔，所述拱形部螺孔与所述螺栓(12)螺纹连接，所述围岩压力测量装置(2)包括压片(21)、弹簧(22)和透明圆管(23)，所述螺栓(12)的下端位于透明圆管(23)内，所述透明圆管(23)下端与第一拱形部分(31)固定连接，所述透明圆管(23)内设有弹簧(22)，所述弹簧(22)下端与第一拱形部分(31)固定连接，弹簧(22)上端固定有压片(21)，旋转转动盘(11)时，螺栓(12)向下触及压片(21)并压缩弹簧(22)使其产生形变。

2.如权利要求1所述一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，其特征在于：所述混凝土墩(5)设有第一竖向孔(51)、第二竖向孔(52)和横向孔(53)，所述第二直线部分(42)固定于所述第二竖向孔(52)，所述第一直线部分(32)固定于所述第一竖向孔(51)，第一直线部分(32)设有直线部螺孔，所述直线部螺孔与横向孔(53)相对应且通过膨胀螺栓(6)穿过横向孔(53)并拧入直线部螺孔实现两者的连接，所述膨胀螺栓(6)用于连接激光收敛仪。

3.如权利要求1所述一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，其特征在于：所述螺栓(12)长度大于外侧钢拱架(4)的厚度，旋转转动盘(11)至弹簧(22)达到压缩极限时，转动盘(11)高于外侧钢拱架(4)表面。

4.如权利要求1所述一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，其特征在于：所述第二拱形部分(41)的拱形部螺孔等间隔分布。

5.如权利要求1所述一种基于激光收敛仪的隧道收敛监测教学试验装置，其特征在于：所述透明圆管(23)沿其长度方向设有刻度，所述压片(21)未受螺栓(12)作用力时与透明圆管(23)的初始刻度对齐。

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