深埋隧洞测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量装置，特别是涉及一种深埋隧洞测量装置，属于机械设备领域。
【背景技术】
[0002]岩石多数是不均质且各向异性的，包含各种岩石与地质构造的岩体则更为复杂。在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体，称为围岩。在围岩应力场与位移场的研究领域，数学力学方法只能为形状简单的地下工程(圆形或椭圆形等隧洞)提供理论解，许多分析性的预见大多来自现场实测与模拟研究的成果。隧道模型试验随着科学技术的更新而有着更加完善与高级的形式，再加上这类方法具有直观性与全场逐点给出结论的优点，因而岩体模拟研究与现场实测迅速地发展成为研究的热点。
[0003]现有技术中，李元鑫、朱哲明等(李元鑫，朱哲明，刘凯等.裂纹方向对隧道稳定性影响规律的研究[J].岩土力学，2014，35 (增刊I):189?194)提出的利用水泥砂浆为原料制作成具有不同夹角Θ的直墙拱形隧道模型来研究隧道变形破坏规律。其以直墙拱形隧道为研究对象，只进行单轴压缩试验，即隧道只承受竖向荷载。将试验模型置放在设备正中间后开始加载，采用分级加载的方式，以150为阶梯逐级加载直至试件破坏，加载速率选择15kN/s。该技术只进行了直墙拱形隧道模型进行试验，对不同断面形式的隧洞模型没有对比，即缺少相应的不同断面形式隧洞围岩应力与位移分布情况及不同断面形式对隧洞围岩稳定性影响的研究。郑颖人(郑颖人.隧洞破坏机理及设计计算方法[J].地下空间与工程学报，2010，6 (增刊2):1521?1532)进行的隧道模型试验采用室内模型试验与数值分析方法，模型试验采用自制的模型试验设备，试验模型内的土体尺寸为40cmX52cmX 15cm(长X高X厚)。试验采用压力机在模型顶部进行分级加载直至隧洞发生破坏。该试验隧洞模型的尺寸相对比较小，另外缺乏一些相应的监测技术。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于观察与测量深埋隧洞受力形变特征与过程的实验装置。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]一种深埋隧洞测量装置，其特征在于:包括负荷加载装置与隧洞模型；所述负荷加载装置包括矩形约束框，矩形约束框底边固定千斤顶，千斤顶顶举件朝向矩形约束框中心；千斤顶顶举件顶部与传力平板静联接；所述隧洞模型是布置在矩形约束框内的矩形板件，所述隧洞模型四周外侧面分别与矩形约束框顶边内侧面、矩形约束框侧边内侧面、传力平板上侧面静联接，所述隧洞模型中部开有通孔，通孔与隧洞模型平面垂直。
[0007]上述深埋隧洞测量装置包括负荷加载装置与监测用隧洞模型两部分。负荷加载装置主体是矩形约束框，矩形约束框对置于其中的隧洞模型起支撑约束作用。矩形约束框底部固定千斤顶，千斤顶在工作状态下向上顶举其上联接的传力平板，通过传力平板对隧洞模型施加向上的荷载。传力平板作用在于保证隧洞模型在加载过程中均匀受力、传力。通孔模拟隧道。通过观测千斤顶施加向上荷载情况下通孔表面的形变、裂变等，可以研究隧洞围岩的应变以及破坏过程。为保证实验进行，千斤顶规格为可以根据模拟的条件灵活选择。可以选用千斤顶规格为推力30吨、工作压力63Mpa、行程150mm、杆径70mm。
[0008]以隧道的临界深度为指标，以隧道围岩能否形成压力拱为原则，一般将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。前者是指隧洞开挖后，围岩体一般能形成压力拱的隧洞。本实用新型产品设计，通过在负荷加载装置选用较大行程的千斤顶来实现对深埋条件下隧洞的高地应力条件的充分模拟，是一种专门针对深埋隧洞测量的实验装置。
[0009]进一步地，依照隧洞常规形状，上述深埋隧洞测量装置的通孔是拱门形或圆形。
[0010]进一步地，上述深埋隧洞测量装置，隧洞模型表面围绕通孔布置应变传感器，应变传感器通过数据线与动态信号连续检测端连接，用以测量并记录围岩变形信号数据。在优先设计下，应变传感器布置呈列，应变传感器列相互垂直，每列布置至少三应变传感器，即设置三个测量点。通常条件下，应变传感器列分别与矩形约束框底边及矩形约束框侧边平行。
[0011]进一步地，上述深埋隧洞测量装置，还包括成像装置，成像装置摄像头朝向隧洞模型通孔开孔处，以实现对通孔及围岩移动与破坏过程的直接准确观测与记录。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:(I)提供了一种深埋隧洞测量装置，该系统能够针对性解决不同断面形式下隧洞加载后破坏的机理差异很大的问题，用于研究不同洞形隧洞模型破坏机理的试验开展。(2)该装置能够用于观测不同断面形式隧洞围岩应力与位移分布情况，研究隧洞不同断面形式下对隧洞围岩稳定性的影响，研究隧洞在超载条件下围岩的破坏机理。(3)装置设计简洁、加工成本低、适用实用性强。
【附图说明】
[0013]图1-1是深埋隧洞测量装置正向结构示意图。
[0014]图1-2是深埋隧洞测量装置截面结构示意图。
[0015]图1-3是隧洞模型正向结构示意图(示通孔拱门形)。
[0016]图1-4是隧洞模型截面结构示意图(示通孔拱门形)。
[0017]图1-5是应变传感器布置示意图。
[0018]图1-6是应变传感器结构示意图。
[0019]图2-1是带成像装置的深埋隧洞测量装置截面结构示意图。
[0020]图3-1是隧洞模型正向结构示意图(示通孔圆形)。
[0021]图3-2是隧洞模型截面结构示意图(示通孔圆形)。
[0022]附图中的数字标记分别是:
[0023]I负荷加载装置11矩形约束框12千斤顶13传力平板2隧洞模型21通孔22应变传感器3成像装置
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。
[0025]实施例一
[0026]如图1-1?图1-6所示，加工一种深埋隧洞测量装置。
[0027]图1-1是深埋隧洞测量装置正向结构示意图；图1-2是深埋隧洞测量装置沿中部虚线剖面结构示意图；图1-3是隧洞模型正向结构示意图(示通孔拱门形)；图1-4是隧洞模型截面结构示意图(示通孔拱门形)。深埋隧洞测量装置包括负荷加载装置I与隧洞模型2。负荷加载装置I包括矩形约束框11，矩形约束框底边固定千斤顶12，千斤顶12顶举件朝向矩形约束框11中心；千斤顶12顶举件顶部与传力平板13静联接。隧洞模型2是布置在矩形约束框11内的矩形板件，隧洞模型2四周外侧面分别与矩形约束框顶边内侧面、矩形约束框侧边内侧面、传力平板13上侧面静联接；隧洞模型2中部开有通孔21，通孔21与隧洞模型2平面垂直。通孔21是拱门形。
[0028]图1-5是应变传感器22布置示意图。隧洞模型2表面围绕通孔21布置应变传感器22。应变传感器22布置呈列，应变传感器22列相互垂直，每列布置至少三应变传感器22。本实施方式中，布置两列应变传感器22列，应变传感器22列分别与矩形约束框底边及矩形约束框侧边平行。
[0029]图1-6是应变传感器结构示意图。应变传感器22是电阻应变片。由基底221、敏感栅222、引线223构成。电阻应变片的工作原理是基于“应变效应”，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化的现象。敏感栅222是用金属丝或半导体材料制成的单丝或栅状体，是将应变量转换成电阻变化量的敏感部分。引线223是从敏感栅222引出电信号的丝状或带状导线。基底221用以保护敏感栅222，并固定引线的几何形状和相对位置。
[0030]本实施方式中，矩形约束框11是H型钢焊接而成，隧洞模型2是混凝土浇注成型。千斤顶12推力30吨、工作压力63Mpa、行程150mm、杆径70mmo
[0031]实施例二
[0032]如图2-1所示，加工一种深埋隧洞测量装置。其与实施例一相同之处不再重复，其不同之处在于还包括成像装置3。
[0033]图2-1是带成像装置的深埋隧洞测量装置截面结构示意图。深埋隧洞测量装置还包括成像装置3，成像装置3摄像头朝向隧洞模型2通孔21开孔处。
[0034]实施例三
[0035]如图3-1?图3-2所示，加工一种深埋隧洞测量装置。其与实施例一、或二相同之处不再重复，其不同之处在于隧洞模型通孔结构。
[0036]图3-1是隧洞模型正向结构示意图(示通孔圆形)；图3-2是隧洞模型截面结构示意图(示通孔圆形)。通孔21是圆形。
【主权项】
1.深埋隧洞测量装置，其特征在于:包括负荷加载装置(I)与隧洞模型(2); 所述负荷加载装置(I)包括矩形约束框(11)，矩形约束框底边固定千斤顶(12)，千斤顶(12)顶举件朝向矩形约束框(11)中心；千斤顶(12)顶举件顶部与传力平板(13)静联接; 所述隧洞模型(2)是布置在矩形约束框(11)内的矩形板件，所述隧洞模型(2)四周外侧面分别与矩形约束框顶边内侧面、矩形约束框侧边内侧面、传力平板(13)上侧面静联接，所述隧洞模型⑵中部开有通孔(21)，通孔(21)与隧洞模型(2)平面垂直。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述千斤顶(12)推力30吨、工作压力63Mpa、行程 150_、杆径 70_。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于:所述通孔(21)是拱门形或圆形。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于:所述隧洞模型(2)表面围绕通孔(21)布置应变传感器(22)。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述应变传感器(22)布置呈列，应变传感器(22)列相互垂直，每列布置至少三应变传感器(22)。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于:所述应变传感器(22)列分别与矩形约束框底边及矩形约束框侧边平行。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于:所述应变传感器(22)是电阻应变片。8.根据权利要求1或2或4或5或6或7所述的装置，其特征在于:还包括成像装置(3)，所述成像装置(3)摄像头朝向隧洞模型(2)通孔(21)开孔处。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于:所述矩形约束框(11)是H型钢焊接而成，所述隧洞模型(2)是混凝土浇注成型。
【专利摘要】本实用新型公开了一种深埋隧洞测量装置。针对现有岩体模拟实验装置采用压力机在模型顶部进行分级加载直至隧洞发生破坏，尺寸较小且缺乏监测技术的缺陷，本实用新型提供了一种深埋隧洞测量装置。本产品包括负荷加载装置与隧洞模型；负荷加载装置包括矩形约束框，矩形约束框底边固定千斤顶，千斤顶顶举件朝向矩形约束框中心；隧洞模型是布置在矩形约束框内的矩形板件，其四周分别与矩形约束框顶边、矩形约束框侧边、传力平板静联接；隧洞模型中部开有与隧洞模型平面垂直的通孔。通孔周围布置应变传感器。本产品可以用于研究不同洞形隧洞模型破坏机理的试验开展，设计简洁、加工成本低、适用实用性强。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN204882550
【申请号】CN201520650731
【发明人】周家文, 黄康鑫, 张学彬, 杨玉川, 徐富刚
【申请人】四川大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月26日