深埋隧洞測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測量裝置，特別是涉及一種深埋隧洞測量裝置，屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石多數(shù)是不均質(zhì)且各向異性的，包含各種巖石與地質(zhì)構(gòu)造的巖體則更為復(fù)雜。在巖石地下工程中，由于受開挖影響而發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變的周圍巖體，稱為圍巖。在圍巖應(yīng)力場與位移場的研究領(lǐng)域，數(shù)學(xué)力學(xué)方法只能為形狀簡單的地下工程(圓形或橢圓形等隧洞)提供理論解，許多分析性的預(yù)見大多來自現(xiàn)場實(shí)測與模擬研究的成果。隧道模型試驗(yàn)隨著科學(xué)技術(shù)的更新而有著更加完善與高級的形式，再加上這類方法具有直觀性與全場逐點(diǎn)給出結(jié)論的優(yōu)點(diǎn)，因而巖體模擬研究與現(xiàn)場實(shí)測迅速地發(fā)展成為研究的熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，李元鑫、朱哲明等(李元鑫，朱哲明，劉凱等.裂紋方向?qū)λ淼婪€(wěn)定性影響規(guī)律的研究[J].巖土力學(xué)，2014，35 (增刊I):189?194)提出的利用水泥砂漿為原料制作成具有不同夾角Θ的直墻拱形隧道模型來研究隧道變形破壞規(guī)律。其以直墻拱形隧道為研究對象，只進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，即隧道只承受豎向荷載。將試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭梅旁谠O(shè)備正中間后開始加載，采用分級加載的方式，以150為階梯逐級加載直至試件破壞，加載速率選擇15kN/s。該技術(shù)只進(jìn)行了直墻拱形隧道模型進(jìn)行試驗(yàn)，對不同斷面形式的隧洞模型沒有對比，即缺少相應(yīng)的不同斷面形式隧洞圍巖應(yīng)力與位移分布情況及不同斷面形式對隧洞圍巖穩(wěn)定性影響的研究。鄭穎人(鄭穎人.隧洞破壞機(jī)理及設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6 (增刊2):1521?1532)進(jìn)行的隧道模型試驗(yàn)采用室內(nèi)模型試驗(yàn)與數(shù)值分析方法，模型試驗(yàn)采用自制的模型試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)的土體尺寸為40cmX52cmX 15cm(長X高X厚)。試驗(yàn)采用壓力機(jī)在模型頂部進(jìn)行分級加載直至隧洞發(fā)生破壞。該試驗(yàn)隧洞模型的尺寸相對比較小，另外缺乏一些相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于觀察與測量深埋隧洞受力形變特征與過程的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種深埋隧洞測量裝置，其特征在于:包括負(fù)荷加載裝置與隧洞模型；所述負(fù)荷加載裝置包括矩形約束框，矩形約束框底邊固定千斤頂，千斤頂頂舉件朝向矩形約束框中心；千斤頂頂舉件頂部與傳力平板靜聯(lián)接；所述隧洞模型是布置在矩形約束框內(nèi)的矩形板件，所述隧洞模型四周外側(cè)面分別與矩形約束框頂邊內(nèi)側(cè)面、矩形約束框側(cè)邊內(nèi)側(cè)面、傳力平板上側(cè)面靜聯(lián)接，所述隧洞模型中部開有通孔，通孔與隧洞模型平面垂直。
[0007]上述深埋隧洞測量裝置包括負(fù)荷加載裝置與監(jiān)測用隧洞模型兩部分。負(fù)荷加載裝置主體是矩形約束框，矩形約束框?qū)χ糜谄渲械乃矶茨Ｐ推鹬渭s束作用。矩形約束框底部固定千斤頂，千斤頂在工作狀態(tài)下向上頂舉其上聯(lián)接的傳力平板，通過傳力平板對隧洞模型施加向上的荷載。傳力平板作用在于保證隧洞模型在加載過程中均勻受力、傳力。通孔模擬隧道。通過觀測千斤頂施加向上荷載情況下通孔表面的形變、裂變等，可以研究隧洞圍巖的應(yīng)變以及破壞過程。為保證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，千斤頂規(guī)格為可以根據(jù)模擬的條件靈活選擇?？梢赃x用千斤頂規(guī)格為推力30噸、工作壓力63Mpa、行程150mm、桿徑70mm。
[0008]以隧道的臨界深度為指標(biāo)，以隧道圍巖能否形成壓力拱為原則，一般將隧道分為深埋隧道和淺埋隧道。前者是指隧洞開挖后，圍巖體一般能形成壓力拱的隧洞。本實(shí)用新型產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通過在負(fù)荷加載裝置選用較大行程的千斤頂來實(shí)現(xiàn)對深埋條件下隧洞的高地應(yīng)力條件的充分模擬，是一種專門針對深埋隧洞測量的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0009]進(jìn)一步地，依照隧洞常規(guī)形狀，上述深埋隧洞測量裝置的通孔是拱門形或圓形。
[0010]進(jìn)一步地，上述深埋隧洞測量裝置，隧洞模型表面圍繞通孔布置應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器通過數(shù)據(jù)線與動(dòng)態(tài)信號連續(xù)檢測端連接，用以測量并記錄圍巖變形信號數(shù)據(jù)。在優(yōu)先設(shè)計(jì)下，應(yīng)變傳感器布置呈列，應(yīng)變傳感器列相互垂直，每列布置至少三應(yīng)變傳感器，即設(shè)置三個(gè)測量點(diǎn)。通常條件下，應(yīng)變傳感器列分別與矩形約束框底邊及矩形約束框側(cè)邊平行。
[0011]進(jìn)一步地，上述深埋隧洞測量裝置，還包括成像裝置，成像裝置攝像頭朝向隧洞模型通孔開孔處，以實(shí)現(xiàn)對通孔及圍巖移動(dòng)與破壞過程的直接準(zhǔn)確觀測與記錄。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:(I)提供了一種深埋隧洞測量裝置，該系統(tǒng)能夠針對性解決不同斷面形式下隧洞加載后破壞的機(jī)理差異很大的問題，用于研究不同洞形隧洞模型破壞機(jī)理的試驗(yàn)開展。(2)該裝置能夠用于觀測不同斷面形式隧洞圍巖應(yīng)力與位移分布情況，研究隧洞不同斷面形式下對隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響，研究隧洞在超載條件下圍巖的破壞機(jī)理。(3)裝置設(shè)計(jì)簡潔、加工成本低、適用實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0013]圖1-1是深埋隧洞測量裝置正向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖1-2是深埋隧洞測量裝置截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖1-3是隧洞模型正向結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔拱門形)。
[0016]圖1-4是隧洞模型截面結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔拱門形)。
[0017]圖1-5是應(yīng)變傳感器布置示意圖。
[0018]圖1-6是應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2-1是帶成像裝置的深埋隧洞測量裝置截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3-1是隧洞模型正向結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔圓形)。
[0021]圖3-2是隧洞模型截面結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔圓形)。
[0022]附圖中的數(shù)字標(biāo)記分別是:
[0023]I負(fù)荷加載裝置11矩形約束框12千斤頂13傳力平板2隧洞模型21通孔22應(yīng)變傳感器3成像裝置
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。
[0025]實(shí)施例一
[0026]如圖1-1?圖1-6所示，加工一種深埋隧洞測量裝置。
[0027]圖1-1是深埋隧洞測量裝置正向結(jié)構(gòu)示意圖；圖1-2是深埋隧洞測量裝置沿中部虛線剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖1-3是隧洞模型正向結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔拱門形)；圖1-4是隧洞模型截面結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔拱門形)。深埋隧洞測量裝置包括負(fù)荷加載裝置I與隧洞模型2。負(fù)荷加載裝置I包括矩形約束框11，矩形約束框底邊固定千斤頂12，千斤頂12頂舉件朝向矩形約束框11中心；千斤頂12頂舉件頂部與傳力平板13靜聯(lián)接。隧洞模型2是布置在矩形約束框11內(nèi)的矩形板件，隧洞模型2四周外側(cè)面分別與矩形約束框頂邊內(nèi)側(cè)面、矩形約束框側(cè)邊內(nèi)側(cè)面、傳力平板13上側(cè)面靜聯(lián)接；隧洞模型2中部開有通孔21，通孔21與隧洞模型2平面垂直。通孔21是拱門形。
[0028]圖1-5是應(yīng)變傳感器22布置示意圖。隧洞模型2表面圍繞通孔21布置應(yīng)變傳感器22。應(yīng)變傳感器22布置呈列，應(yīng)變傳感器22列相互垂直，每列布置至少三應(yīng)變傳感器22。本實(shí)施方式中，布置兩列應(yīng)變傳感器22列，應(yīng)變傳感器22列分別與矩形約束框底邊及矩形約束框側(cè)邊平行。
[0029]圖1-6是應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。應(yīng)變傳感器22是電阻應(yīng)變片。由基底221、敏感柵222、引線223構(gòu)成。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于“應(yīng)變效應(yīng)”，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化的現(xiàn)象。敏感柵222是用金屬絲或半導(dǎo)體材料制成的單絲或柵狀體，是將應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感部分。引線223是從敏感柵222引出電信號的絲狀或帶狀導(dǎo)線。基底221用以保護(hù)敏感柵222，并固定引線的幾何形狀和相對位置。
[0030]本實(shí)施方式中，矩形約束框11是H型鋼焊接而成，隧洞模型2是混凝土澆注成型。千斤頂12推力30噸、工作壓力63Mpa、行程150mm、桿徑70mmo
[0031]實(shí)施例二
[0032]如圖2-1所示，加工一種深埋隧洞測量裝置。其與實(shí)施例一相同之處不再重復(fù)，其不同之處在于還包括成像裝置3。
[0033]圖2-1是帶成像裝置的深埋隧洞測量裝置截面結(jié)構(gòu)示意圖。深埋隧洞測量裝置還包括成像裝置3，成像裝置3攝像頭朝向隧洞模型2通孔21開孔處。
[0034]實(shí)施例三
[0035]如圖3-1?圖3-2所示，加工一種深埋隧洞測量裝置。其與實(shí)施例一、或二相同之處不再重復(fù)，其不同之處在于隧洞模型通孔結(jié)構(gòu)。
[0036]圖3-1是隧洞模型正向結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔圓形)；圖3-2是隧洞模型截面結(jié)構(gòu)示意圖(示通孔圓形)。通孔21是圓形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.深埋隧洞測量裝置，其特征在于:包括負(fù)荷加載裝置(I)與隧洞模型(2); 所述負(fù)荷加載裝置(I)包括矩形約束框(11)，矩形約束框底邊固定千斤頂(12)，千斤頂(12)頂舉件朝向矩形約束框(11)中心；千斤頂(12)頂舉件頂部與傳力平板(13)靜聯(lián)接; 所述隧洞模型(2)是布置在矩形約束框(11)內(nèi)的矩形板件，所述隧洞模型(2)四周外側(cè)面分別與矩形約束框頂邊內(nèi)側(cè)面、矩形約束框側(cè)邊內(nèi)側(cè)面、傳力平板(13)上側(cè)面靜聯(lián)接，所述隧洞模型⑵中部開有通孔(21)，通孔(21)與隧洞模型(2)平面垂直。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述千斤頂(12)推力30噸、工作壓力63Mpa、行程 150_、桿徑 70_。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于:所述通孔(21)是拱門形或圓形。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于:所述隧洞模型(2)表面圍繞通孔(21)布置應(yīng)變傳感器(22)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:所述應(yīng)變傳感器(22)布置呈列，應(yīng)變傳感器(22)列相互垂直，每列布置至少三應(yīng)變傳感器(22)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于:所述應(yīng)變傳感器(22)列分別與矩形約束框底邊及矩形約束框側(cè)邊平行。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于:所述應(yīng)變傳感器(22)是電阻應(yīng)變片。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6或7所述的裝置，其特征在于:還包括成像裝置(3)，所述成像裝置(3)攝像頭朝向隧洞模型(2)通孔(21)開孔處。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述矩形約束框(11)是H型鋼焊接而成，所述隧洞模型(2)是混凝土澆注成型。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種深埋隧洞測量裝置。針對現(xiàn)有巖體模擬實(shí)驗(yàn)裝置采用壓力機(jī)在模型頂部進(jìn)行分級加載直至隧洞發(fā)生破壞，尺寸較小且缺乏監(jiān)測技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種深埋隧洞測量裝置。本產(chǎn)品包括負(fù)荷加載裝置與隧洞模型；負(fù)荷加載裝置包括矩形約束框，矩形約束框底邊固定千斤頂，千斤頂頂舉件朝向矩形約束框中心；隧洞模型是布置在矩形約束框內(nèi)的矩形板件，其四周分別與矩形約束框頂邊、矩形約束框側(cè)邊、傳力平板靜聯(lián)接；隧洞模型中部開有與隧洞模型平面垂直的通孔。通孔周圍布置應(yīng)變傳感器。本產(chǎn)品可以用于研究不同洞形隧洞模型破壞機(jī)理的試驗(yàn)開展，設(shè)計(jì)簡潔、加工成本低、適用實(shí)用性強(qiáng)。
【IPC分類】G01N33/24
【公開號】CN204882550
【申請?zhí)枴緾N201520650731
【發(fā)明人】周家文, 黃康鑫, 張學(xué)彬, 楊玉川, 徐富剛
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月26日