一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置及方法，包括隧道模型试验装置、竖向激光位移传感器、水平激光位移传感器、计算机、滑块、异型直线滑轴、支撑杆、底座和皮尺；滑块穿插在异型直线滑轴上；隧道模型两端分别设置有支撑杆以架设起异型直线滑轴；皮尺与滑块相连接以牵引滑块从隧道模型一端滑动到另一端；两个竖向激光位移传感器分别设置在所述滑块的上下面；两个水平激光位移传感器分别设置在滑块的左右面；计算机与竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器分别相连以控制其发射激光束，并记录各传感器的激光测距数据。基于模型变形前后的激光测距数据，获得变形后隧道整体的竖向位移、水平位移和相对收敛。

A Measuring Device and Method for Displacement and Convergence of Tunnel Model in Laboratory Test

The invention discloses a measuring device and method for displacement and convergence of tunnel model in indoor test, including tunnel model test device, vertical laser displacement sensor, horizontal laser displacement sensor, computer, slider, special-shaped linear sliding shaft, support rod, base and tape; slider is inserted in special-shaped linear sliding shaft; support rod is arranged at both ends of tunnel model to erect. A special-shaped linear sliding shaft is raised; the tape is connected with the slider to pull the slider from one end of the tunnel model to the other; two vertical laser displacement sensors are located on the upper and lower sides of the slider; two horizontal laser displacement sensors are located on the left and right sides of the slider; and the computer is connected with the vertical laser displacement sensor and the horizontal laser displacement sensor respectively to control its emission. Laser beam and laser ranging data of each sensor are recorded. Based on the laser ranging data before and after the model deformation, the vertical displacement, horizontal displacement and relative convergence of the whole tunnel after deformation are obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置及方法
本专利技术涉及隧道工程防灾减灾
，具体来讲，涉及一种室内试验中隧道模型位移和收敛的量测装置及方法。
技术介绍
现代日益发达的交通体系便利了我们的生活，极大的缩短了我们出行所需的时间。其中隧道工程扮演了重要的角色，例如地铁隧道、公路隧道与高铁隧道等。由于它们的长线型特点，往往难以避免需要穿越断层带，或者存在运营中隧道周边开发的情况，在活断层错动、地震等地质作用下或者基坑开挖等周边开发影响下，这些生命线工程极易发生形变，甚至部分破坏，极大影响正常出行。所以深入研究隧道在活断层错动、地震灾害与周边开发等情况下的形变显得尤为重要。室内隧道模型试验是一种十分常见的研究手段，室内试验中隧道模型的应变可以直接通过张贴应变片连续采集，然而，隧道模型狭小的内部空间、位移相关传感器与隧道直接接触等不利因素，直接使得隧道模型的竖向位移、水平位移和相对收敛难以有效地一一量测，而且一旦隧道模型结构发生变形破坏，隧道模型内部相接触的位移相关传感器也可能遭受变位，输出数据将不可信。因此，如何独立于隧道模型非接触式，一次同时获取竖向位移、水平位移和相对收敛这三个主要变形数据一直是难以解决的技术难题。倘若在试验结束后，挖除上覆土体来量测隧道模型的变形，将只能获得最终的变形数据，无法知晓试验关键节点后隧道模型的变形发展过程。因此，针对有关隧道模型的室内试验，如何高效可靠获取隧道模型的竖向位移、水平位移和相对收敛成为亟待解决的技术难点。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置及方法，该量测装置为独立于隧道模型的非接触式量测，不受其变形干扰，且能够一次性获取其竖向位移、水平位移和相对收敛这三个主要变形数据，在每个设定试验截面都能连续量测，且高效、可靠、准确地采集隧道截面变形数据，进而获取到隧道全长的竖向位移、水平位移和相对收敛的变形曲线，原理清晰、操作易于实现。本专利技术采用如下技术方案：一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，包括用于开展隧道模型试验的隧道模型试验装置，所述隧道模型的两端与外界相通；所述量测装置还包括：竖向激光位移传感器、水平激光位移传感器、计算机、滑块、异型直线滑轴、支撑杆、底座和皮尺；所述滑块穿插在所述异型直线滑轴上；所述隧道模型两端分别设置有支撑杆以架设起所述异型直线滑轴；所述皮尺与所述滑块相连接以牵引滑块从隧道模型一端滑动到另一端；所述竖向激光位移传感器包括两个，分别设置在所述滑块的上下面以分别量测隧道模型拱顶、拱底与所述竖向激光位移传感器的距离；所述水平激光位移传感器包括两个，分别设置在所述滑块的左右面以分别量测隧道模型左拱腰、右拱腰与所述水平激光位移传感器的距离；所述计算机与所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器分别相连以控制其发射激光束，并记录所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器的激光测距数据。优选的，所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器的精度均为微米级。优选的，所述滑块和异型直线滑轴通过滚珠接触。优选的，所述异型直线滑轴为异形截面以使所述滑块只做一维平动。优选的，所述支撑杆电塔式架设起所述异形直线滑轴；所述异形直线滑轴两端固定在支撑杆上。优选的，所述异形直线滑轴中心线与隧道模型轴线相重合。优选的，所述量测装置还包括两个底座；每个所述支撑杆设置在一个底座上方。优选的，隧道模型试验中，隧道模型的变形远小于隧道模型的半径。一种室内试验中隧道模型位移和收敛的量测方法，包括以下步骤：步骤1，将实际隧道简化为有限长度，所述隧道模型的两端与外界相通；将两个竖向激光位移传感器分别设置在一滑块的上下面；将两个水平激光位移传感器分别设置在所述滑块的左右面；将所述滑块穿插在一异型直线滑轴上；在隧道模型两端分别设置一支撑杆以架设起所述异型直线滑轴；每一所述支撑杆设置在一底座上方；调节所述异型直线滑轴高度与底座位置，使得所述异型直线滑轴的中心线重合于隧道模型轴线；预先在隧道模型全长范围确定试验关注的若干截面；步骤2，隧道模型试验开始前，通过一皮尺牵引所述滑块从隧道一端滑动到另一端，在确定下的每个截面处逗留，通过计算机控制竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器发射激光束测距，采集变形前隧道模型每个截面的初始数据；隧道模型试验时，在确定下的每个截面处逗留，通过计算机控制竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器发射激光束测距，采集得到每次试验关注的若干截面下，变形后隧道模型全长范围截面的试验数据；基于每个截面的初始数据和试验节点数据，获得变形后隧道模型整体的竖向位移、水平位移和相对收敛；以隧道长度为横坐标，坐标系中获得隧道模型沿轴线方向的竖向位移、水平位移和相对收敛的变化曲线；所述初始数据和试验数据均包括隧道模型拱顶与所述竖向激光位移传感器的距离、隧道模型拱底与所述竖向激光位移传感器的距离、隧道模型左拱腰与所述水平激光位移传感器的距离、隧道模型右拱腰与所述水平激光位移传感器的距离。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置及方法，应用于有关隧道模型的室内试验，所述量测装置为独立于隧道模型的非接触式量测，不受其变形干扰，激光位移传感器(激光位移传感器和水平激光位移传感器)在隧道全长扫描一次性同时获取截面三项变形数据，且在每个设定截面都能高效、可靠、连续采集，基于初始数据和试验数据，做相应减法运算，简单推算得到隧道全长的竖向位移、水平位移和相对收敛的变形曲线。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本专利技术的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本专利技术的具体实施方式。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述及其他目的、优点和特征。附图说明图1为本专利技术量测装置的示意图一；图2为本专利技术量测装置的示意图二；图3是本专利技术量测装置的横剖图；图中：1、滑块，21、竖向激光位移传感器，22、水平激光位移传感器，3、激光束，4、计算机，5、皮尺，6、异形直线滑轴，71、变形前隧道，72、变形后隧道，8、支撑杆，9、底座，10、隧道模型试验装置。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步的详细描述。参见图1至3所示，本专利技术一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，包括滑块1、竖向激光位移传感器21、水平激光位移传感器22、激光束3、计算机4、皮尺5、异形直线滑轴6、变形前隧道71、变形后隧道72、支撑杆8、底座9及隧道模型试验装置10。所述竖向激光位移传感器21和水平激光位移传感器22各包括两个，计算机4与所述竖向激光位移传感器21和水平激光位移传感器22分别相连以控制激光位移传感器的激光束3发射，并记录显示所有传感器(两个激光位移传感器21和两个水平激光位移传感器22)的激光测距数据。所述激光位移传感器21和水平激光位移传感器22均是微米级高精度，并且，相对于隧道模型而言，所述激光位移传感器21和水平激光位移传感器22是小型的。所述滑块1穿插在所述异形直线滑轴6上，且所述滑块1和滑轴6通过滚珠接触，以及滑轴6采用异形截面构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，包括用于开展隧道模型试验的隧道模型试验装置，所述隧道模型的两端与外界相通；其特征在于，所述量测装置还包括：竖向激光位移传感器、水平激光位移传感器、计算机、滑块、异型直线滑轴、支撑杆、底座和皮尺；所述滑块穿插在所述异型直线滑轴上；所述隧道模型两端分别设置有支撑杆以架设起所述异型直线滑轴；所述皮尺与所述滑块相连接以牵引滑块从隧道模型一端滑动到另一端；所述竖向激光位移传感器包括两个，分别设置在所述滑块的上下面以分别量测隧道模型拱顶、拱底与所述竖向激光位移传感器的距离；所述水平激光位移传感器包括两个，分别设置在所述滑块的左右面以分别量测隧道模型左拱腰、右拱腰与所述水平激光位移传感器的距离；所述计算机与所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器分别相连以控制其发射激光束，并记录所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器的激光测距数据。

【技术特征摘要】
1.一种室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，包括用于开展隧道模型试验的隧道模型试验装置，所述隧道模型的两端与外界相通；其特征在于，所述量测装置还包括：竖向激光位移传感器、水平激光位移传感器、计算机、滑块、异型直线滑轴、支撑杆、底座和皮尺；所述滑块穿插在所述异型直线滑轴上；所述隧道模型两端分别设置有支撑杆以架设起所述异型直线滑轴；所述皮尺与所述滑块相连接以牵引滑块从隧道模型一端滑动到另一端；所述竖向激光位移传感器包括两个，分别设置在所述滑块的上下面以分别量测隧道模型拱顶、拱底与所述竖向激光位移传感器的距离；所述水平激光位移传感器包括两个，分别设置在所述滑块的左右面以分别量测隧道模型左拱腰、右拱腰与所述水平激光位移传感器的距离；所述计算机与所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器分别相连以控制其发射激光束，并记录所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器的激光测距数据。2.根据权利要求1所述的室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，其特征在于，所述竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器的精度均为微米级。3.根据权利要求1所述的室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，其特征在于，所述滑块和异型直线滑轴通过滚珠接触。4.根据权利要求1所述的室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，其特征在于，所述异型直线滑轴为异形截面以使所述滑块只做一维平动。5.根据权利要求1所述的室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，其特征在于，所述支撑杆电塔式架设起所述异形直线滑轴；所述异形直线滑轴两端固定在支撑杆上。6.根据权利要求1所述的室内试验中隧道模型位移与收敛的量测装置，其特征在于，所述异形直线滑轴中心线与隧道模型轴线相重合。7.根据权利要求1所述的室内试验中隧道模型位移与收敛的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡奇鹏，肖至慧，肖朝昀，陈星欣，苏世灼，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35