一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置及其方法
2023-05-27 21:35:21 1
一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，包括模型隧道、觀測玻璃、拱頂拱底密封組件、若干位移示蹤單元及位移採集分析組件。模型隧道對稱面一側的半結構緊貼於該觀測玻璃的一側，拱頂拱底密封組件設置於模型隧道的拱頂和拱底外側與觀測玻璃之間，位移示蹤單元沿軸向分布於拱頂和拱底的內側，用作隧道變形觀測，位移採集分析組件設置於觀測玻璃的另一側，用於採集位移示蹤組件的位置和分析隧道變形。本發明還公開了基於上述裝置的量測方法。本發明的裝置和方法可應用於不同尺寸和形狀的模型隧道的量測。
【專利說明】一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及土工模型檢測技術，具體涉及一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]在巖土工程小尺寸物理模型試驗中，深埋於土體中的隧道變形觀測一直是一難題。目前多通過模型隧道應變量測、隧道徑向變形量量測、位移傳動裝置外延量測等手段展開。由於受到模型隧道尺寸小，隧道內部空間狹窄因素的影響，現有量測方法的布置難以在隧道內部展開。過多傳感器的布置也會加劇其在試驗環節中的不確定性，特別是土工離心機模型試驗中超重力場複雜環境下如何確保傳感器正常工作更成為一種挑戰。若將量測裝置布置於模型隧道外側，過多的電子線路的鋪設則會影響隧道與周邊土體之間相互作用面的正確模擬，從而影響試驗結果的可靠性。因此，如何在狹小空間中實現模型隧道變形的有效觀測，同時極大程度降低觀測手段對模型試驗結果的影響，是巖土工程小尺寸物理模型試驗的技術重點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服現有技術之不足，提供一種針對平面對稱條件下深埋模型隧道變形量測裝置及其方法，可用於小尺寸土工物理模型試驗，充分發揮圖像分析技術對模型試驗影響小的特點，且原理清晰、構築簡單，施工操作易於實現。
[0004]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，包括模型隧道、觀測玻璃、拱頂拱底密封組件、若干位移示蹤單元及位移採集分析組件；該模型隧道對稱面一側的半結構緊貼於該觀測玻璃的一側；該拱頂拱底密封組件設置於該模型隧道的拱頂和拱底外側與該觀測玻璃之間，用以封閉模型隧道與觀測玻璃之間的間隙；該些位移示蹤單元沿軸向分布於拱頂和拱底的內側，用作隧道變形觀測；該位移採集分析組件設置於觀測玻璃的另一側，用於採集位移示蹤組件的位置和分析隧道變形。
[0005]優選的，所述位移示蹤單元是L型，其一側固定於該模型隧道拱頂或拱底的內側，另一側設置有示蹤標識並緊靠該觀測玻璃。
[0006]優選的，所述多個位移示蹤單元沿該模型隧道軸向方向等距離間隔排布。
[0007]優選的，所述位移採集分析組件包括數位相機圖像拍攝系統和Geo-PIV 土工圖像分析系統。
[0008]優選的，所述拱頂拱底密封組件包括L形拱頂擋板和L型拱底擋板，該L型拱頂擋板和L型拱底擋板的一側分別固定於該模型隧道的拱頂和拱底外側，另一側緊靠該觀測玻璃。
[0009]優選的，還包括端面密封組件，該端面密封組件與該模型隧道內側形狀相配合地設置於該模型隧道的兩端。
[0010]一種基於上述裝置的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法包括以下步驟:
[0011]步驟1:根據平面對稱條件取模型隧道對側面一側結構緊貼於觀測玻璃一側，布置位移示蹤單元以作為觀測點，布置拱頂拱底密封組件及端面密封組件以使模型隧道內部相對封閉，布置位移採集分析組件；
[0012]步驟2:所述位移採集分析組件於模型隧道變形前後拍攝位移示蹤單元的位置照片，分析該位移示蹤單元的位置變化，進而獲得模型隧道相應位置的位移大小。
[0013]優選的，所述位移示蹤單元固定於該模型隧道內並隨模型隧道相應位置的壁體做同步位移。
[0014]優選的，所述位移示蹤單元具有圓形的示蹤標識，所述位移採集分析組件通過分析對比照片上示蹤標識形心位置的變化計算位移。
[0015]本發明的有益效果是:能夠在狹小的模型隧道內部空間準確量測隧道變形，通過採集隧道位移示蹤單元的位移，並通過Geo-PIV 土工圖像分析技術進行計算。通過本發明的實施，可應用於不同尺寸和形狀的模型隧道的量測，解決以往小尺寸模型隧道內傳感器布設難，觀測點布設數量有限等問題，建立布設簡單，數據精準的測量方法，為小尺寸物理模型試驗模型隧道量測難題提供一種新的解決方法。
[0016]以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明；但本發明的一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置及其方法不局限於實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的正視圖；
[0018]圖2為本發明的側視圖；
[0019]其中:1、模型隧道，2、觀測玻璃，3、拱頂拱底密封系統，31、L形拱頂擋板，32、L形拱底擋板，4、位移示蹤單元，41、示蹤標識，5、位移採集分析組件，6、端面密封組件。
【具體實施方式】
[0020]實施例，參照圖1和圖2，一種針對平面對稱條件下深埋的模型隧道的變形量測裝置，包括模型隧道1、觀測玻璃2、拱頂拱底密封組件3、若干位移示蹤單元4、位移採集分析組件5及端面密封組件6。模型隧道I是平面對稱結構，其對稱面一側的半結構緊貼於觀測玻璃2的一側，即觀測玻璃2可設置於對稱面的位置。觀測玻璃2具有一定厚度，確保其在水平土壓力作用下不會發生明顯變形，從而確保觀測玻璃2與模型隧道I之間的空隙寬度沿模型隧道I軸線方向保持一致。
[0021]拱頂拱底密封組件3包括L形拱頂擋板31和L型拱底擋板32。L型拱頂擋板31和L型拱底擋板32的一側分別固定粘結於模型隧道I的拱頂和拱底外側，另一側緊靠觀測玻璃2。在土體模型水平向壓力的作用下，拱頂拱底密封組件3可以封閉模型隧道I和觀測玻璃2之間的空隙，防止模型土體進入模型隧道I內部。
[0022]位移示蹤單元4沿軸向分布於拱頂和拱底的內側，用作隧道變形觀測。各位移示蹤單元是L型，其一側黏貼固定於模型隧道I拱頂或拱底的內側，以確保能夠隨相應位置的模型隧道I壁體做同步的位移；另一側設置有示蹤標識41並緊靠觀測玻璃2。根據量測需要，多個示蹤單元4沿模型隧道I軸向方向等距離間隔排布。
[0023]位移採集分析組件5放置於觀測玻璃2另一側一定的距離，用於採集和定量分析隧道變形。在位移信息採集過程中，位移採集分析組件5是靜止不動的。位移採集分析組件5包括數位相機圖像拍攝系統和Geo-PIV 土工圖像分析系統。數位相機拍攝系統用於在形變發生前後拍下位移示蹤單元4的照片，Geo-PIV 土工圖像分析系統用於尋找和分析形變前後照片中位移示蹤單元4的示蹤標識41的位置變化，從而獲得模型隧道I相應位置的位移大小。作為一種優選，數位相機圖像拍攝系統可以包括有多組數位相機，且該些數位相機拍攝的照片應覆蓋所有位移示蹤單元4，以記錄模型隧道I不同位置的位移大小，做更為全面的分析。
[0024]在模型隧道I用於檢測的區域的兩端設置端面密封組件6，該端面密封組件6與模型隧道I內側形狀相配合地設置於模型隧道I的兩端，防止上覆土體進入模型隧道I的內部。
[0025]量測模型隧道I的變形量時，首先布置上述量測裝置，具體是根據平面對稱條件取模型隧道I對側面一側結構緊貼於觀測玻璃2 —側，布置位移示蹤單元4以作為觀測點，布置拱頂拱底密封組件3及端面密封組件6以使模型隧道內部相對封閉，布置位移採集分析組件5。
[0026]布置完成後，位移採集分析組件5的數位相機圖像拍攝系統在模型隧道I變形前後拍攝位移示蹤單元4的位置照片，由於位移示蹤單元4固定於模型隧道I內並隨模型隧道I相應位置的壁體做同步位移，位移示蹤單元4的位置變化直接表現了模型隧道I相應點的位移。位移採集分析組件5的Geo-PIV 土工圖像分析系統分析位移示蹤單元4的位置變化，即可獲得模型隧道I相應位置的位移信息。為了提高精度，減少誤差，位移示蹤單元4的示蹤標識41可以是圓形，且可以是易於分辨的顏色，例如黑色。Geo-PIV 土工圖像分析系統通過分析位移前後對比照片上示蹤標識41圓心位置的變化計算位移。
[0027]該量測方法能應用於不同尺寸和形狀的模型隧道，還可以克服以往模型隧道內傳感器布設難，觀測點布設數量有限等問題，建立布設簡單，數據精準的測量方法。
[0028]上述實施例僅用來進一步說明本發明的一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置及其方法，但本發明並不局限於實施例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發明技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特徵在於包括模型隧道、觀測玻璃、拱頂拱底密封組件、若干位移示蹤單元及位移採集分析組件；該模型隧道對稱面一側的半結構緊貼於該觀測玻璃的一側；該拱頂拱底密封組件設置於該模型隧道的拱頂和拱底外側與該觀測玻璃之間，用以封閉模型隧道與觀測玻璃之間的間隙；該些位移示蹤單元沿軸向分布於拱頂和拱底的內側，用作隧道變形觀測；該位移採集分析組件設置於觀測玻璃的另一側，用於採集位移示蹤組件的位置和分析隧道變形。
2.根據權利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特徵在於:所述位移示蹤單元是L型，其一側固定於該模型隧道拱頂或拱底的內側，另一側設置有示蹤標識並緊靠該觀測玻璃。
3.根據權利要求1或2所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特徵在於:所述多個位移示蹤單元沿該模型隧道軸向方向等距離間隔排布。
4.根據權利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特徵在於:所述位移採集分析組件包括數位相機圖像拍攝系統和Geo-PIV 土工圖像分析系統。
5.根據權利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特徵在於:所述拱頂拱底密封組件包括L形拱頂擋板和L型拱底擋板，該L型拱頂擋板和L型拱底擋板的一側分別固定於該模型隧道的拱頂和拱底外側，另一側緊靠該觀測玻璃。
6.根據權利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特徵在於:還包括端面密封組件，該端面密封組件與該模型隧道內側形狀相配合地設置於該模型隧道的兩端。
7.一種基於權利要求1-6任一項所述的裝置的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟1:根據平面對稱條件取模型隧道對側面一側結構緊貼於觀測玻璃一側，布置位移示蹤單元以作為觀測點，布置拱頂拱底密封組件及端面密封組件以使模型隧道內部相對封閉，布置位移採集分析組件； 步驟2:所述位移採集分析組件於模型隧道變形前後拍攝位移示蹤單元的位置照片，分析該位移示蹤單元的位置變化，進而獲得模型隧道相應位置的位移大小。
8.根據權利要求7所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法，其特徵在於:所述位移示蹤單元固定於該模型隧道內並隨模型隧道相應位置的壁體做同步位移。
9.根據權利要求7所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法，其特徵在於:所述位移示蹤單元具有圓形的示蹤標識，所述位移採集分析組件通過分析對比照片上示蹤標識形心位置的變化計算位移。
【文檔編號】G01B11/16GK104501733SQ201410803293
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】蔡奇鵬, 吳中漢, 陳星欣, 陳士海, 徐鑫, 顏培煌, 徐娟娟 申請人:華僑大學