專利名稱：模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置及布設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置及布設(shè)方法，屬于試驗?zāi)Ｐ皖I(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模型試驗中布設(shè)的監(jiān)測元件主要用于監(jiān)測模型體內(nèi)填筑的相似材料的應(yīng)變值以及位移值，監(jiān)測元件的布設(shè)位置以及布設(shè)方法對試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性都有重要的影響。模型試驗中位移的監(jiān)測可以采用多點位移計來完成，布設(shè)多點位移計時埋設(shè)在模型體內(nèi)的部分通過引出的鋼絲線與千分表或者光柵尺相連。現(xiàn)有的多點位移計只能按照直線引線與千分表或光柵尺相連，無法改變引出的鋼絲線的方向，對于隧/巷道掘進面以外的部分都可以按直線引出與千分表或者光柵尺相連而不需要變向，但是對于埋設(shè)在掘金面內(nèi)的多點位移計則不同，掘金面內(nèi)的多點位移計用于監(jiān)測掘金面前方的位移，鋼絲線無法按照直線直接引出與千分表或者光柵尺相連，需要轉(zhuǎn)90度，從模型體上部引出與千分表或者光柵尺相連。如果強行改變多點位移計的方向會增大多點位移計的摩擦力，引起監(jiān)測結(jié)果的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種模型試驗中隧/ 巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置與布設(shè)方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)方便、摩擦較小，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置，包括鋼絲線和折彎的管道，所述管道內(nèi)設(shè)有多個滑塊，管道的折彎處設(shè)有導(dǎo)向滑輪，所述鋼絲線經(jīng)多個滑塊的圓柱孔和導(dǎo)向滑輪穿過所述管道；所述鋼絲線的一端與光柵尺相連，另一端與微型測點錨頭相連。所述管道為聚四氟乙烯管，滑塊為聚四氟乙烯滑塊，且聚四氟乙烯滑塊的直徑與聚四氟乙烯管內(nèi)徑相同。所述導(dǎo)向滑輪焊接在變向裝置的中間位置。所述微型錨頭為一五角形鋼片，一面朝向開挖面，一面與鋼絲線相連。隧道開挖過程中，掌子面都有一定的擠出變形，當(dāng)開挖到離埋設(shè)的微型測點錨頭一定的距離后，掌子面的擠出變形會引起微型測點錨頭的移動，微型測點錨頭帶動鋼絲線移動，千分表或光柵尺就會記錄到產(chǎn)生的位移。模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置的布設(shè)方法，包括以下步驟
1)向模型體內(nèi)填筑相似材料并逐層夯實，當(dāng)填筑到要布設(shè)多點位移計的平面時停止填料將監(jiān)測元件放置在設(shè)計好的位置上。2)模型體采用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監(jiān)測，對先開挖的一端，布
3設(shè)的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，對后開挖的一端布設(shè)的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，每一端的多點位移計的數(shù)量根據(jù)設(shè)計要求布設(shè)。3)調(diào)整好導(dǎo)向裝置的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直，并調(diào)整鋼絲線的長度使其處于合適的長度。4)填筑相似材料覆蓋并固定監(jiān)測元件。5)拉直垂直于隧道軸線的鋼絲線，使其與導(dǎo)向滑輪良好接觸并穿過模型體與其上面的光柵尺相連。6)逐層填筑相似材料直到整個模型體的相似材料都填筑完畢。本發(fā)明解決了模型試驗中隧/巷道掘進面前方擠出變形監(jiān)測的問題，使得模型試驗的監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確全面，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1)本發(fā)明的監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉。2)本發(fā)明的布設(shè)方法簡單可行，不需要復(fù)雜的操作，能夠保證一次性布設(shè)成功。3)根據(jù)設(shè)計的需要，模型體的掘進面前方內(nèi)還可以布設(shè)多個多點位移計。4)監(jiān)測裝置體積較小，埋設(shè)在模型體內(nèi)對試驗數(shù)據(jù)的影響很小。5)通過本發(fā)明監(jiān)測到的數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠為實際工程的設(shè)計施工提供指導(dǎo)。


圖1模型體的三維立體簡圖； 圖2模型體剖面圖； 圖3多點位移計詳圖； 圖4微型測點錨頭詳其中1、模型體，2、相似材料，3、隧道輪廓，4、多點位移計，5、千斤頂和加壓板，6、反力梁，7、微型測點錨頭，8、聚四氟乙烯管，9、導(dǎo)向滑輪，10、變向裝置，11、聚四氟乙烯滑塊， 12、鋼絲線，13、光柵尺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明
圖3中，模型試驗中隧(巷)道掘進面前方擠出變形監(jiān)測裝置，包括微型測點錨頭7、聚四氟乙烯管8、導(dǎo)向滑輪9、變向裝置10、聚四氟乙烯滑塊11、鋼絲線12、聚四氟乙烯滑塊11 插入到聚四氟乙烯管8中。微型測點錨頭7用于捕捉掌子面的擠出變形；鋼絲線12穿過聚四氟乙烯滑塊11，一端與圖2中光柵尺13相連，另一端通過強力膠與微型測點錨頭7相連， 起到連接作用，將微型測點錨頭7捕捉到的位移型號傳遞給光柵尺13 ；，聚四氟乙烯管11 用于保護鋼絲線12 ；變向裝置10用于改變鋼絲線12的走向；導(dǎo)向滑輪9用于減小鋼絲線 12與聚四氟乙烯管8以及變向裝置10的摩擦阻力，使整個裝置更加靈敏，測量精度更高。在隧道開挖過程中，隧道的掌子面都有一定的擠出變形，掌子面擠出產(chǎn)生變形后會帶動微型測點錨頭7移動，產(chǎn)生一定的位移，微型測點錨頭7產(chǎn)生的位移通過鋼絲線12 傳遞到光柵尺13，從而測出掌子面的擠出變形。所述聚四氟乙烯滑塊11的直徑與聚四氟乙烯管8內(nèi)徑相同。
所述聚四氟乙烯滑塊11的圓心處有一個直徑比鋼絲線12略大的圓柱孔。所述變向裝置10硬度較大的鋼片制作而成，其內(nèi)部中間位置焊接有導(dǎo)向滑輪9。模型試驗中隧(巷)道掘進面前方擠出變形監(jiān)測裝置的布設(shè)方法，包括以下步驟 1)如圖2所示，向模型體1內(nèi)填筑相似材料，并逐層夯實，當(dāng)填筑到要布設(shè)多點位移
計4的平面(人為規(guī)定的)停止填料將多點位移計4放置在設(shè)計好的位置上。所填筑的相似材料由鐵粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶組成，鐵粉，重晶石粉，石英砂的質(zhì)量比為1 1.2:0. 38，松香酒精溶液的摩爾濃度為10%。2)模型體采用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監(jiān)測，對先開挖的一端，布設(shè)的圖2中的多點位移計4的微型測點錨頭，如圖4所示A面朝向該端的掘進面，對后開挖的一端布設(shè)的圖2中的多點位移計4的微型測點錨頭，如圖4所示A面朝向該端的掘進面， 每一端的多點位移計4的數(shù)量根據(jù)設(shè)計要求布設(shè)。3)調(diào)整好變向裝置10的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直， 并調(diào)整鋼絲線12的長度使其處于合適的長度。4)填筑相似材料2覆蓋多點位移計4已經(jīng)布設(shè)好的部分將多點位移計4固定。5)圖3中，拉直垂直于隧道軸線的鋼絲線12，使其與導(dǎo)向滑輪9良好接觸并穿過圖2中模型體的加壓板5和反力梁6與模型體1頂部的光柵尺13 (如圖1所示)相連。6)逐層填筑相似材料2直到整個模型體的相似材料都填筑完畢。
權(quán)利要求
1.一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置，其特征是，包括鋼絲線和折彎的管道，所述管道內(nèi)設(shè)有多個滑塊，管道的折彎處設(shè)有導(dǎo)向滑輪，所述鋼絲線經(jīng)多個滑塊的圓柱孔和導(dǎo)向滑輪穿過所述管道；所述鋼絲線的一端與光柵尺相連，另一端與微型測點錨頭相連。
2.如權(quán)利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置，其特征是，所述管道為聚四氟乙烯管，滑塊為聚四氟乙烯滑塊，且聚四氟乙烯滑塊的直徑與聚四氟乙烯管內(nèi)徑相同。
3.如權(quán)利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置，其特征是，所述導(dǎo)向滑輪焊接在變向裝置的中間位置。
4.如權(quán)利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置，其特征是，所述微型錨頭為一五角形鋼片，一面朝向開挖面，一面與鋼絲線相連。
5.一種采用權(quán)利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置的布設(shè)方法，其特征是，包括以下步驟1)向模型體內(nèi)填筑相似材料，并逐層夯實，當(dāng)填筑到要布設(shè)多點位移計的平面時停止填料，將監(jiān)測元件放置在設(shè)計好的位置上；2)模型體采用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監(jiān)測，對先開挖的一端，布設(shè)的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，對后開挖的一端布設(shè)的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，每一端的多點位移計的數(shù)量根據(jù)設(shè)計要求布設(shè)；3)調(diào)整好導(dǎo)向裝置的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直，并調(diào)整鋼絲線的長度使其處于合適的長度；4)填筑相似材料覆蓋并固定監(jiān)測元件；5)拉直垂直于隧道軸線的鋼絲線，使其與導(dǎo)向滑輪良好接觸并穿過模型體與其上面的光柵尺相連；6)逐層填筑相似材料直到整個模型體的相似材料都填筑完畢。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監(jiān)測裝置及布設(shè)方法，利用監(jiān)測裝置實現(xiàn)監(jiān)測的步驟如下1)向模型架內(nèi)填筑相似材料，并逐層夯實，當(dāng)填筑到要布設(shè)多點位移計的平面時停止填料將監(jiān)測元件放置在設(shè)計好的位置上；2)模型體采用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監(jiān)測；3)調(diào)整好導(dǎo)向裝置的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直，并調(diào)整鋼絲線的長度使其處于合適的長度；4)填筑相似材料覆蓋并固定監(jiān)測元件；5)拉直垂直于隧道軸線的鋼絲線，使其與導(dǎo)向滑輪良好接觸并穿過模型體與其上面的光柵尺相連；6)逐層填筑相似材料直到整個模型體的相似材料都填筑完畢。
文檔編號G01B5/30GK102359752SQ20111022652
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者劉欽, 李利平, 李術(shù)才, 胡聰, 袁超, 趙巖 申請人:山東大學(xué)