CN213121381U - 隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，包括：测量部，用于获取模型试验隧道的收敛变化数据，包括两个测量单元，每个测量单元包括：安装套，与模型验隧道直径相对应、对称设置在安装套内、且外端分别向两侧伸出的两个测量杆，分别安装在两个测量杆伸出的外端上、与模型试验隧道的隧道壁相对应的两个接触滑轮，连接在两个测量杆之间的位移传感器；该位移传感器弹性连接测量杆，并给测量杆向外的推力，使进入模型试验隧道后，接触滑轮均贴合隧道壁移动；定位环，连接两个测量单元的安装套，将两个测量单元固定成交叉设置状态；以及定位推送杆，连接端与测量部匹配相连。

Description

隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置

技术领域

本实用新型属于岩体工程物理模拟试验装置领域，具体涉及一种隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置。

背景技术

物理模拟试验是运用相似材料按照一定的相似比，将现场实际工程尺度的问题缩小成实验室尺寸问题，直观反映现场实际工程建设过程中岩土体应力、变形等参数变化，是岩土工程领域重要的研究手段，能有效解决现场试验难度大、成本高等问题。隧道开挖物理模拟实验中，非常重要的参数是围岩收敛变形，开挖引起的围岩及时响应是反映隧道围岩变形机理的重要参数。

然而，在实际实验过程中，由于隧道直径相对较小(直径一般为20～30厘米)，同时隧道具有一定长度(大约2米)，人工测量难度大且效率低，不能保证隧道开挖后的及时测量，对实验结果影响较大，因此需要一种能够快速准确测定物理模拟试验隧道收敛变形的装置来保证试验准确顺利进行，为工程建设和科学研究提供依据。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，能够快速、准确地测定物理模拟试验隧道的收敛变形情况。

本实用新型为了实现上述目的，采用了以下方案：

本实用新型提供一种隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于，包括：测量部，用于获取模型试验隧道的收敛变化数据，包括两个交叉设置、与该模型试验隧道相匹配的测量单元，每个测量单元包括：长条状的安装套，与模型试验隧道直径相对应、对称设置在安装套内、且外端分别向两侧伸出的两个测量杆，分别安装在两个测量杆伸出的外端上、与模型试验隧道的隧道壁相对应的两个接触滑轮，连接在两个测量杆之间的位移传感器；该位移传感器弹性连接测量杆，并给测量杆向外的推力，使进入模型试验隧道后，接触滑轮均贴合隧道壁移动；定位环，连接两个测量单元的安装套，将两个测量单元固定成交叉设置状态；以及定位推送杆，连接端与测量部匹配相连，长度与模型试验隧道的长度相对应。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还可以具有这样的特征：位移传感器包括：侧壁为电阻材料的电阻材料通道，设置在该电阻材料通道两侧分别与两个测量杆内端相连的两个金属导电片，和连接在两个金属导电片之间的绝缘弹簧；隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置还包括：数显仪，与位移传感器通信相连，获取位移传感器的表示位移变化的数据，处理得到隧道收敛情况数据，并进行相应显示。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还可以具有这样的特征：两个测量单元呈正交设置。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还包括：角度调节部，用于调节两个测量单元之间的夹角，包含：设置在固定环表面、显示测量单元之间夹角大小的夹角指示区域，连接在两个测量单元交叉处的转轴，形成在固定环的侧壁上、让测量单元自由转动的滑槽，和在调节好夹角后、将测量单元位置固定在固定环上的固定件。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还可以具有这样的特征：测量部包括至少三个测量单元。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还可以具有这样的特征：测量单元长度为20～30cm，定位环直径为10～15cm。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还可以具有这样的特征：定位推送杆上设有指示推送进入模型试验隧道内的距离的长度指示区域。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还可以包括：水准件，设置在定位推送杆的操作端上，用于调整定位推送杆的位置。

优选地，本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，还包括：驱动部，与定位推送杆的操作端相连，驱动定位推送杆按照一定速度推送至模型试验隧道的预定位置处。

实用新型的作用与效果

本实用新型所提供的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，适用于隧道物理模拟试验巷道开挖后收敛变形快速测量，能够及时、准确地获取围岩变形信息，并且能够多角度测量围岩收敛变形，实现一次性全断面连续测量，为试验分析提供充足的数据，确保试验准时效性和连贯性，对物理模拟试验的准确性起到了至关重要的作用，为工程建设和科学研究提供了可靠的试验依据。

附图说明

图1是本实用新型实施例涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置的部分结构的正视图；

图3是本实用新型实施例涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置的侧视图；

图4是本实用新型实施例涉及的测量单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例涉及的位移传感器的结构及连接关系示意图。

图中各符号含义如下：

10-隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置、11-测量部、111-测量单元、111a-安装套、111b-两个测量杆、111c-接触滑轮、111d-位移传感器、111d-1-电阻材料通道、111d-2-两个金属导电片、111d-3-绝缘弹簧、111d-4-导线，12-定位环、13-定位推送杆、14-水准件、15-支座、151-支架、152-磁力底座、16-数显仪、Y-模拟围岩，S-模型试验隧道。

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置作详细阐述。

<实施例>

如图1至3所示，隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置10包含测量部11、定位环12、角度调节部、定位推送杆13、水准件14、支座15以及数显仪16。

测量部11用于获取模型试验隧道S的收敛变化数据，它包括两个测量单元111。两个测量单元111交叉设置，并且与该模型试验隧道S相匹配。本实施例中，两个测量单元111初始状态呈正交设置，为十字型，测量单元111长度为20～30cm。

如图2至4所示，每个测量单元111包括安装套111a、两个测量杆111b、两个接触滑轮111c以及位移传感器111d。

安装套111a为长条状，内部中空。

测量杆111b长度与模型试验隧道S的直径相对应，两个测量杆111b对称设置在安装套111a两侧部内，并且外端分别向两侧伸出安装套111a。本实施例中，测量杆111b的长度为200～220cm。

两个接触滑轮111c分别安装在两个测量杆111b伸出的外端上，与模型试验隧道S的隧道壁(隧道衬砌)相对应。

位移传感器111d连接在两个测量杆111b之间。该位移传感器111d弹性连接测量杆111b，并给测量杆111b向外的推力，使进入模型试验隧道S后，接触滑轮111c均能贴合隧道壁滑动。如图4所示，位移传感器111d包括电阻材料通道111d-1、两个金属导电片111d-2、绝缘弹簧111d-3以及两个导线111d-4。

电阻材料通道111d-1的侧壁为电阻材料，电阻材料可以为石墨、铁铬铝合金等材料。两个金属导电片111d-2设置在该电阻材料通道111d-1的两端，并且两个金属导电片111d-2分别与两个测量杆111b的内端相连。绝缘弹簧111d-3连接在两个金属导电片111d-2之间，具有一定长度。测量时，绝缘弹簧111d-3能够向外推送金属导电片111d-2和测量杆111b，从而让接触滑轮111c能贴合隧道壁，当测量杆111b外部向内的力大于弹簧力时，测量杆111b向内抵推金属导电片111d-2从而压缩绝缘弹簧111d-3。位移的变化导致金属导电片111d-2在电阻材料通道111d-1内的位置发生变化，进而使得两个金属导电片111d-2之间的电阻值和电压均发生变化。导线111d-4用于将两个金属导电片111d-2与数显仪16相连。

定位环12用于连接两个安装套111a，从而将两个测量单元111固定成交叉设置状态，同时使得两个测量单元111正好与模型试验隧道S的直径相对应。本实施例中，定位环12直径为10～15cm。

角度调节部用于调节两个测量单元111之间的夹角，它包括夹角指示区域、转轴、滑槽以及固定件。夹角指示区域为设置在固定环表面含有夹角刻度线的区域，用于显示两个测量单元111之间的夹角大小。转轴连接在两个测量单元111交叉处，让一个测量单元111能相对另一个测量单元111转动形成任意夹角。滑槽形成在固定环的侧壁上，为镂空结构，用于让测量单元111能够绕转轴自由转动。固定件为卡环结构，用于在测量单元111调节好夹角后固定其在定位环12上的位置。通过角度调节部不仅可以测量洞顶和洞底之间收敛以及水平方向两侧收敛，也可以通过调整夹角来测量任意角度下的收敛情况。

定位推送杆13的连接端与测量部11匹配相连，长度与模型试验隧道S的长度相对应，用于推送测量部11沿着模型试验隧道S的轴向移动。定位推送杆13上设有指示推送进入模型试验隧道S内的距离的长度指示区域(含有长度刻度线)。

水准件14设置在定位推送杆13的操作端上，用于调整定位推送杆13的位置。本实施例中，水准件14为水准气泡。

支座15承托定位推送杆13，并让定位推送杆13可沿模型试验隧道S的长度方向自由移动。支座15包括支架151和磁力底座152。支架151为可伸缩结构，能够调节高度。磁力底座152用于将支架151固定在模型试验隧道S外的测试平台上。

数显仪16通过导线111d-4与位移传感器111d通信相连，获取位移传感器111d表示位移变化的数据(例如，电压变化数据)，并进行处理得到隧道收敛情况数据，然后进行相应显示。

以上是本实施例所提供的测量装置10，下面对其具体使用方法进行说明。

本实施例所提供的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量方法包括如下步骤：

步骤1：模型试验隧道S开挖后，将隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置10置于洞口，洞口直径一般为15～25cm。

步骤2：根据所需测定收敛断面的位置旋转测量部11，确保接触滑轮111c与隧道壁良好接触。

步骤3：将定位推送杆13置于支座15上，观察定位杆上的水准件14，使水准气泡居中，以保证定位推送杆13处于水平状态，并且与测量部11相互垂直。

步骤4：通过定位推送杆13推送测量部11进入到模型试验隧道S内的指定位置进行测试，在此过程中，通过位移传感器111d获取连续变化的位移数据，然后通过数显仪16对位移数据进行处理得到隧道收敛情况数据，并进行相应显示，完成模拟隧道全断面收敛变形快速测量。

上述实施例仅仅是对本实用新型技术方案所做的举例说明。本实用新型所涉及的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本实用新型所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于，包括：

测量部，用于获取模型试验隧道的收敛变化数据，包括两个交叉设置、与该模型试验隧道相匹配的测量单元，每个测量单元包括：长条状的安装套，与所述模型试验隧道直径相对应、对称设置在安装套内、且外端分别向两侧伸出的两个测量杆，分别安装在两个所述测量杆伸出的外端上、与所述模型试验隧道的隧道壁相对应的两个接触滑轮，连接在两个所述测量杆之间的位移传感器；该位移传感器弹性连接所述测量杆，并给所述测量杆向外的推力，使进入模型试验隧道后，所述接触滑轮均贴合所述隧道壁移动；

定位环，连接两个所述测量单元的所述安装套，将两个所述测量单元固定成交叉设置状态；以及

定位推送杆，连接端与所述测量部匹配相连，长度与所述模型试验隧道的长度相对应。

2.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于：

其中，所述位移传感器包括：侧壁为电阻材料的电阻材料通道，设置在该电阻材料通道两侧分别与两个所述测量杆内端相连的两个金属导电片，和连接在两个所述金属导电片之间的绝缘弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于：

其中，所述隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置还包括：数显仪，与所述位移传感器通信相连，获取所述位移传感器的表示位移变化的数据，处理得到隧道收敛情况数据，并进行相应显示。

4.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于：

其中，两个所述测量单元呈正交设置。

5.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于，还包括：

角度调节部，用于调节两个所述测量单元之间的夹角，包含：设置在所述固定环表面、显示所述测量单元之间夹角大小的夹角指示区域，连接在两个所述测量单元交叉处的转轴，形成在所述固定环的侧壁上、让所述测量单元自由转动的滑槽，和在调节好夹角后、将所述测量单元位置固定在所述固定环上的固定件。

6.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于：

其中，所述测量部包括至少三个测量单元。

7.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于：

其中，所述测量单元长度为20～30cm，所述定位环直径为10～15cm。

8.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于：

其中，所述定位推送杆上设有指示推送进入所述模型试验隧道内的距离的长度指示区域。

9.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于，还包括：

水准件，设置在所述定位推送杆的操作端上，用于调整所述定位推送杆的位置。

10.根据权利要求1所述的隧道物理模拟试验全断面收敛变形快速测量装置，其特征在于，还包括：

驱动部，与所述定位推送杆的操作端相连，驱动所述定位推送杆按照一定速度推送至所述模型试验隧道的预定位置处。

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