CN219829780U - 一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，包括上端开口的模型箱体、分别开设在模型箱体正面下方位置处和背面下方位置的圆孔、罩合在模型箱体外部的外置支架以及设置在外置支架和模型箱体之间的传感器组件。其结构可靠，使用性能好，通过激光位移传感器和拉线式传感器的结合式布局设计，在测量过程中不会随洞壁的变形对测量精度产生影响，有效的提高了洞壁变形的测量精度。并且，洞壁下方的激光位移传感器与洞壁顶部的激光位移传感器所测数据进行相互验证，大大提高实验的准确性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及工程测量技术领域，具体涉及一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置。
背景技术
地下洞室开挖后岩体内部原始平衡状态被破坏，洞室围岩应力重新分布，一些部位出现应力集中，围岩产生变形或岩块松动脱落，易造成洞室失稳，故关于隧洞开挖过程中洞室围岩变形和位移的研究一直是热点问题。目前主要采用数值模拟法和模型试验法对该问题进行探究。相比之下，模型试验法是更加直接有效的方法，开挖过程中，洞壁变形塌落和地表沉降是一个循序渐进的过程，仅凭借肉眼或者普通的测距方法很难观察到变形的准确结果以及变形破坏的演变过程。
目前在模型试验中测量洞壁变形和沉降的方法主要有数字图像相关(DIC)测量技术，但图像采集受模型试验装置大小及试验材料限制，采集的图像可以较好的反应可视部位的变形情况，但是洞室内壁的变形情况较难去测量。该发明经实践后确定反射式激光位移传感器和拉线式位移传感器综合测定的方法来测定圆形洞室开挖模型试验中洞壁的变形和地表沉降。
为了进行洞室开挖过程中洞壁变形和地表沉降模拟试验研究，需要进行圆形隧洞开挖塌落拱模型建造，拟采用50×40×60cm3的有机玻璃透明箱体，在一对平行的侧面上开设一直径不小于15cm的圆形孔洞，通过预埋与圆形孔洞直径相同的圆形拼接管，在填埋压密土样后，抽出预埋圆形拼接管模拟岩土体中地下硐室的开挖。抽出预埋圆形拼接管后模拟的洞壁会产生变形，同时洞室顶部地表也会产生沉降，需要通过变形测量装置才能确定开挖后洞壁的变形及顶部地表沉降。顶部地表沉降采用反射式激光位移传感器可以获得较好的结果，但是洞壁的变形若采用预埋激光位移传感器测量，可能会随洞壁变形影响而移动，造成测量不准确，同时激光位移传感器表面容易受土层遮挡影响而无法测量或准确测量。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，包括上端开口的模型箱体、分别开设在模型箱体正面下方位置处和背面下方位置的圆孔、罩合在模型箱体外部的外置支架以及设置在外置支架和模型箱体之间的传感器组件；
传感器组件包括设置在外置支架侧壁上的拉线式传感器以及分别设置在外置支架顶部和底部的激光位移传感器，且拉线式传感器和激光位移传感器分别与采集器通信连接。
进一步地，拉线式传感器包括设置在所述外置支架侧壁上的传感器、连接在传感器上的拉线以及设置在拉线远离所述传感器端部的塑料薄片，塑料薄片均布在所述圆孔内。
进一步地，模型箱体内填充有砂土层。
进一步地，拉线外部包括有光滑细管上。
进一步地，外置支架上设置有固定板，传感器设置在固定板上。
进一步地，所述模型箱体的底部设置有凹槽，所述凹槽内预埋有激光位移传感器。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型所提供的模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其结构可靠，使用性能好，通过激光位移传感器和拉线式传感器的结合式布局设计，在测量过程中不会随洞壁的变形对测量精度产生影响，有效的提高了洞壁变形的测量精度。并且，洞壁下方的激光位移传感器与洞壁顶部的激光位移传感器所测数据进行相互验证，大大提高实验的准确性能。此外，拉线式传感器的拉线通过光滑细管进行保护，防止摩擦影响。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型中模型箱体结构示意图；
图3为本实用新型中激光位移传感器安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1至图3所示，一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，包括上端开口的模型箱体1、分别开设在模型箱体1正面下方位置处和背面下方位置的圆孔2、罩合在模型箱体1外部的外置支架3以及设置在外置支架3和模型箱体1之间的传感器组件。模型箱体1为上不封口的长方体空心箱。在距离箱体正面和背面上，距离下底面22.5cm处有直径15cm的圆孔2，以此大小模拟开挖洞室直径。模型箱体1材料采用有机玻璃，材料板之间用有机玻璃胶水粘接。
传感器组件包括设置在外置支架3侧壁上的拉线式传感器4以及分别设置在外置支架3顶部和底部的激光位移传感器5，且拉线式传感器4和激光位移传感器5分别与采集器通信连接。模型箱体1上半部分6等分，在7个节点处对应布置拉线式位移传感器40，此外，模型箱体1下方设置3个激光传感器40，用其所测数据与顶部2个激光传感器40所测数据相互验证，提高实验的准确性。通过激光位移传感器5和拉线式传感器4的结合式布局设计，在测量过程中不会随洞壁的变形对测量精度产生影响，有效的提高了洞壁变形的测量精度。将顶部的两个激光传感器40用支架固定，调整激光传感器40使它的红外线发射接收点对准测点，再将测量电路与采集器连接即可。
拉线式传感器4包括设置在外置支架3侧壁上的传感器40、连接在传感器40上的拉线以及设置在拉线远离传感器40端部的塑料薄片41，塑料薄片41均布在圆孔2内。模型箱体1内填充有砂土层。拉线外部包括有光滑细管42上。拉线式传感器4的拉线通过光滑细管42进行保护，防止摩擦影响。
为了提高安装的可靠性，本实用新型中，外置支架3上设置有固定板30，传感器40设置在固定板30上。
模型箱体1的底部设置有凹槽，凹槽内预埋有激光位移传感器5。具体地，在模型箱内部的底部，有三个相邻的大小与激光传感器40大小相同的长方形凹槽，凹槽底部即模型箱底部，将三个激光传感器40依次固定在凹槽中，然后将其测量电路从模型箱底预留空隙拉出，将其与采集器连接即可。
以上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 (6)
1.一种模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其特征在于，包括上端开口的模型箱体(1)、分别开设在所述模型箱体(1)正面下方位置处和背面下方位置的圆孔(2)、罩合在所述模型箱体(1)外部的外置支架(3)以及设置在所述外置支架(3)和模型箱体(1)之间的传感器组件；
所述传感器组件包括设置在外置支架(3)侧壁上的拉线式传感器(4)以及分别设置在外置支架(3)顶部和底部的激光位移传感器(5)，且所述拉线式传感器(4)和激光位移传感器(5)分别与采集器通信连接。
2.根据权利要求1所述的模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其特征在于，所述拉线式传感器(4)包括设置在所述外置支架(3)侧壁上的传感器(40)、连接在所述传感器(40)上的拉线以及设置在所述拉线远离所述传感器(40)端部的塑料薄片(41)，所述塑料薄片(41)均布在所述圆孔(2)内。
3.根据权利要求1所述的模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其特征在于，所述模型箱体(1)内填充有砂土层。
4.根据权利要求2所述的模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其特征在于，所述拉线外部包括有光滑细管(42)上。
5.根据权利要求2所述的模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其特征在于，所述外置支架(3)上设置有固定板(30)，所述传感器(40)设置在所述固定板(30)上。
6.根据权利要求1至5任一项所述的模拟地下圆形洞室开挖变形的测量装置，其特征在于，所述模型箱体(1)的底部设置有凹槽，所述凹槽内预埋有激光位移传感器(5)。
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