一种隧道开挖变形模拟试验测量装置

本技术涉及隧道开挖变形试验，具体涉及一种隧道开挖变形模拟试验测量装置。

背景技术：

1、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，但是目前的数值模拟计算只能解决一些洞室断面形状简单、边界条件不复杂的洞室变形和应力问题，且这种方法得出的解析解仍然需要现场实测数据或者相关模型试验结果的校核。故相比之下，模型试验法是更加直接有效的方法，一般有以下三种建立隧洞开挖模型的方法：一、直接制作带有孔洞的土体模型；二、先在实验箱中填埋并压实土体，然后人工或者采用特殊机械工具开挖隧洞；三、预埋开挖模型(如圆管)到土体中，然后填埋压实土体，施加压力后将开挖模型抽出，以这样的方式来模拟洞室开挖。综合比较可以得出：第三种方法，一定程度上结合了前两种方式的优点，相当于预留开挖模型(作用是预留孔洞空间，且在开挖前代替开挖土体对土样进行支撑)，然后再进行开挖。

2、在围岩形变测量方面一般主要有以下有两种形式：一、使用拉线传感器，是通过将拉线传感器安装在洞室内壁，通过拉线随着洞室内壁形变产生位移以达到测量型变量的目的；二、采用激光传感器，通过在硐壁周围埋设激光传感器，测量光路长度变化的方式来测量形变量；而以上两种方法在实操过程中依旧各存弊端：拉线传感器在拉线弹力较大或者拉线与土体摩擦较大时，一定程度上阻止了洞室的形变，从而降低了试验的准确性和可靠性；而激光传感器价格昂贵，其光路易被沙土遮挡从而无法测量，且激光传感器埋设在洞室上部较为困难，当激光传感器埋设在洞室上部时，其本身的体积会改变洞室上部土体的整体结构，导致激光传感器会对砂土的塌落形成阻碍，从而降低了试验的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种隧道开挖变形模拟试验测量装置，通过拉线传感器与激光传感器相结合的方式，解决了现有隧道开挖变形模拟试验的测量准确性、可靠性低的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

3、提供一种隧道开挖变形模拟试验测量装置，其包括：

4、两个方形箱体，方形箱体的上端和一侧面均开口，且方形箱体的侧面开口处设置有柔性垫层；

5、调节机构，两个方形箱体的侧面开口通过调节机构相互拼接并形成一个上端开口的槽箱，槽箱内装设有土体，土体内预设有洞室；

6、半圆环，半圆环设置在方形箱体的上方，且半圆环位于方形箱体侧面开口所在的竖直面上，半圆环的两端分别位于槽箱的两侧；

7、若干滑块，若干滑块滑动套设在半圆环上，滑块上设置有拉线传感器，拉线传感器上拉线的前端与薄片连接，若干薄片均布在洞室内壁上半部分的周向上。

8、进一步地，调节机构包括两端分别安装在轴承座上的水平丝杆，水平丝杆上设置有正向螺纹和反向螺纹，且正向螺纹和反向螺纹上分别螺纹配合有第一移动块和第二移动块，两个方形箱体分别设置在第一移动块和第二移动块上，且两个方形箱体侧面开口相向设置。

9、进一步地，水平丝杆的下方设置有与水平丝杆平行的导轨，第一移动块和第二移动块均滑动设置在导轨上。

10、进一步地，水平丝杆的一端设置有便于转动的转盘。

11、进一步地，滑块上设置有螺栓孔，螺栓孔上配合有固定螺栓，固定螺栓的内侧端与半圆环相抵接。

12、进一步地，洞室内壁下半部分的周向上均布有若干激光传感器。

13、进一步地，拉线上间隙套设有光滑细管，从槽箱侧面穿出的拉线上的光滑细管夹设在两个方形箱体的柔性垫层之间。

14、进一步地，洞室与半圆环同圆心设置。

15、进一步地，滑块上设置有倾角传感器。

16、本实用新型的有益效果为：

17、1.本方案的薄片可承载洞室内壁上半部分的坍落力，而薄片与拉线传感器的拉线连接，从而使得拉线传感器可实时监测洞室内壁的坍落情况，其中拉线对洞室上方土体的结构影响小，而激光传感器也可实时监测洞室内壁的坍落情况，采用双重监测的方式，增强了试验数据的准确性和可靠性。

18、2.拉线传感器通过滑块固定，而滑块滑动套设在半圆环上，滑块通过拧紧固定螺栓实现在半圆环上的固定，使得拉线传感器的数量和位置可根据试验的实际情况而调整，提高试验装置的实用性，同时拉线传感器以及拉线始终保持在洞室的径向上，使得拉线不易发生弯折，保证了拉线传感器测量的准确性。

19、3.通过光滑细管将拉线和土体隔开，防止拉线与土体之间产生的摩擦力影响拉线传感器对洞室坍落力的准确测量，同时光滑细管可夹设在两个方形箱体的柔性垫层之间，以达到拉线从槽箱侧面穿出的目的。

20、4.操作人员通过正、反转转盘，可带动水平丝杆正、反转动，从而带动第一移动块和第二移动块相向或相背运动，第一移动块和第二移动块相向运动时，可使两个方形箱体相互靠拢并拼接成一个上端开口的槽箱，第一移动块和第二移动块相背运动时，可使两个方形箱体相互分离，有利于试验前期拉线以及光滑细管的布置。

21、5.倾角传感器有利于监测拉线传感器的倾斜角度，从而有利于推知拉线传感器在周向上的布置位置。

技术特征：

1.一种隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述调节机构包括两端分别安装在轴承座(9)上的水平丝杆(10)，所述水平丝杆(10)上设置有正向螺纹(11)和反向螺纹(12)，且正向螺纹(11)和反向螺纹(12)上分别螺纹配合有第一移动块(13)和第二移动块(14)，两个所述方形箱体(1)分别设置在第一移动块(13)和第二移动块(14)上，且两个方形箱体(1)侧面开口相向设置。

3.根据权利要求2所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述水平丝杆(10)的下方设置有与水平丝杆(10)平行的导轨(15)，所述第一移动块(13)和第二移动块(14)均滑动设置在导轨(15)上。

4.根据权利要求2所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述水平丝杆(10)的一端设置有便于转动的转盘(16)。

5.根据权利要求1所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述滑块(5)上设置有螺栓孔，所述螺栓孔上配合有固定螺栓(17)，所述固定螺栓(17)的内侧端与半圆环(4)相抵接。

6.根据权利要求1所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述洞室(21)内壁下半部分的周向上均布有若干激光传感器(18)。

7.根据权利要求1所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述拉线(7)上间隙套设有光滑细管(19)，从槽箱(3)侧面穿出的所述拉线(7)上的光滑细管(19)夹设在两个方形箱体(1)的柔性垫层(2)之间。

8.根据权利要求1所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述洞室(21)与半圆环(4)同圆心设置。

9.根据权利要求1所述的隧道开挖变形模拟试验测量装置，其特征在于，所述滑块(5)上设置有倾角传感器。

技术总结
本技术公开了一种隧道开挖变形模拟试验测量装置，其包括两个方形箱体，方形箱体的上端和一侧面均开口，且方形箱体的侧面开口处设置有柔性垫层；调节机构，两个方形箱体的侧面开口通过调节机构相互拼接并形成一个上端开口的槽箱；半圆环，半圆环设置在方形箱体的上方，且半圆环位于方形箱体侧面开口所在的竖直面上，半圆环的两端分别位于槽箱的两侧；若干滑块，若干滑块滑动套设在在半圆环上，滑块上设置有拉线传感器，拉线传感器上拉线的前端与薄片连接，若干薄片均布在洞室内壁上半部分的周向上；本方案通过拉线传感器和激光传感器实时监测洞室内壁坍落情况的实时监测，采用双重监测的方式，增强了试验数据的准确性和可靠性。

技术研发人员：唐美惠,卓莉,祖能飞,刘怀忠,张力予,肖明砾,黄晓文,周照
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：20230327
技术公布日：2024/2/1