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(fā)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采集分析組件。模型隧道對稱面一側(cè)的半結(jié)構(gòu)緊貼于該觀測玻璃的一側(cè)，拱頂拱底密封組件設(shè)置于模型隧道的拱頂和拱底外側(cè)與觀測玻璃之間，位移示蹤單元沿軸向分布于拱頂和拱底的內(nèi)側(cè)，用作隧道變形觀測，位移采集分析組件設(shè)置于觀測玻璃的另一側(cè)，用于采集位移示蹤組件的位置和分析隧道變形。本發(fā)明還公開了基于上述裝置的量測方法。本發(fā)明的裝置和方法可應(yīng)用于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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土工模型檢測技術(shù)，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(shù)】
[0002]在巖土工程小尺寸物理模型試驗(yàn)中，深埋于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(yīng)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。由于受到模型隧道尺寸小，隧道內(nèi)部空間狹窄因素的影響，現(xiàn)有量測方法的布置難以在隧道內(nèi)部展開。過多傳感器的布置也會加劇其在試驗(yàn)環(huán)節(jié)中的不確定性，特別是土工離心機(jī)模型試驗(yàn)中超重力場復(fù)雜環(huán)境下如何確保傳感器正常工作更成為一種挑戰(zhàn)。若將量測裝置布置于模型隧道外側(cè)，過多的電子線路的鋪設(shè)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(yàn)結(jié)果的可靠性。因此，如何在狹小空間中實(shí)現(xiàn)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(yàn)結(jié)果的影響，是巖土工程小尺寸物理模型試驗(yàn)的技術(shù)重點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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，可用于小尺寸土工物理模型試驗(yàn)，充分發(fā)揮圖像分析技術(shù)對模型試驗(yàn)影響小的特點(diǎn)，且原理清晰、構(gòu)筑簡單，施工操作易于實(shí)現(xiàn)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)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采集分析組件；該模型隧道對稱面一側(cè)的半結(jié)構(gòu)緊貼于該觀測玻璃的一側(cè)；該拱頂拱底密封組件設(shè)置于該模型隧道的拱頂和拱底外側(cè)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于拱頂和拱底的內(nèi)側(cè)，用作隧道變形觀測；該位移采集分析組件設(shè)置于觀測玻璃的另一側(cè)，用于采集位移示蹤組件的位置和分析隧道變形。
[0005]優(yōu)選的，所述位移示蹤單元是L型，其一側(cè)固定于該模型隧道拱頂或拱底的內(nèi)側(cè)，另一側(cè)設(shè)置有示蹤標(biāo)識并緊靠該觀測玻璃。
[0006]優(yōu)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(yōu)選的，所述位移采集分析組件包括數(shù)碼相機(jī)圖像拍攝系統(tǒng)和Geo-PIV 土工圖像分析系統(tǒng)。
[0008]優(yōu)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(cè)分別固定于該模型隧道的拱頂和拱底外側(cè)，另一側(cè)緊靠該觀測玻璃。
[0009]優(yōu)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(nèi)側(cè)形狀相配合地設(shè)置于該模型隧道的兩端。
[0010]一種基于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(jù)平面對稱條件取模型隧道對側(cè)面一側(cè)結(jié)構(gòu)緊貼于觀測玻璃一側(cè)，布置位移示蹤單元以作為觀測點(diǎn)，布置拱頂拱底密封組件及端面密封組件以使模型隧道內(nèi)部相對封閉，布置位移采集分析組件；
[0012]步驟2:所述位移采集分析組件于模型隧道變形前后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(jìn)而獲得模型隧道相應(yīng)位置的位移大小。
[0013]優(yōu)選的，所述位移示蹤單元固定于該模型隧道內(nèi)并隨模型隧道相應(yīng)位置的壁體做同步位移。
[0014]優(yōu)選的，所述位移示蹤單元具有圓形的示蹤標(biāo)識，所述位移采集分析組件通過分析對比照片上示蹤標(biāo)識形心位置的變化計算位移。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:能夠在狹小的模型隧道內(nèi)部空間準(zhǔn)確量測隧道變形，通過采集隧道位移示蹤單元的位移，并通過Geo-PIV 土工圖像分析技術(shù)進(jìn)行計算。通過本發(fā)明的實(shí)施，可應(yīng)用于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(nèi)傳感器布設(shè)難，觀測點(diǎn)布設(shè)數(shù)量有限等問題，建立布設(shè)簡單，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的測量方法，為小尺寸物理模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ退淼懒繙y難題提供一種新的解決方法。
[0016]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)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于實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的正視圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖；
[0019]其中:1、模型隧道，2、觀測玻璃，3、拱頂拱底密封系統(tǒng)，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(biāo)識，5、位移采集分析組件，6、端面密封組件。

【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)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、位移采集分析組件5及端面密封組件6。模型隧道I是平面對稱結(jié)構(gòu)，其對稱面一側(cè)的半結(jié)構(gòu)緊貼于觀測玻璃2的一側(cè)，即觀測玻璃2可設(shè)置于對稱面的位置。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(fā)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(cè)分別固定粘結(jié)于模型隧道I的拱頂和拱底外側(cè)，另一側(cè)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(jìn)入模型隧道I內(nèi)部。
[0022]位移示蹤單元4沿軸向分布于拱頂和拱底的內(nèi)側(cè)，用作隧道變形觀測。各位移示蹤單元是L型，其一側(cè)黏貼固定于模型隧道I拱頂或拱底的內(nèi)側(cè)，以確保能夠隨相應(yīng)位置的模型隧道I壁體做同步的位移；另一側(cè)設(shè)置有示蹤標(biāo)識41并緊靠觀測玻璃2。根據(jù)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]位移采集分析組件5放置于觀測玻璃2另一側(cè)一定的距離，用于采集和定量分析隧道變形。在位移信息采集過程中，位移采集分析組件5是靜止不動的。位移采集分析組件5包括數(shù)碼相機(jī)圖像拍攝系統(tǒng)和Geo-PIV 土工圖像分析系統(tǒng)。數(shù)碼相機(jī)拍攝系統(tǒng)用于在形變發(fā)生前后拍下位移示蹤單元4的照片，Geo-PIV 土工圖像分析系統(tǒng)用于尋找和分析形變前后照片中位移示蹤單元4的示蹤標(biāo)識41的位置變化，從而獲得模型隧道I相應(yīng)位置的位移大小。作為一種優(yōu)選，數(shù)碼相機(jī)圖像拍攝系統(tǒng)可以包括有多組數(shù)碼相機(jī)，且該些數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片應(yīng)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用于檢測的區(qū)域的兩端設(shè)置端面密封組件6，該端面密封組件6與模型隧道I內(nèi)側(cè)形狀相配合地設(shè)置于模型隧道I的兩端，防止上覆土體進(jìn)入模型隧道I的內(nèi)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(jù)平面對稱條件取模型隧道I對側(cè)面一側(cè)結(jié)構(gòu)緊貼于觀測玻璃2 —側(cè)，布置位移示蹤單元4以作為觀測點(diǎn)，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(nèi)部相對封閉，布置位移采集分析組件5。
[0026]布置完成后，位移采集分析組件5的數(shù)碼相機(jī)圖像拍攝系統(tǒng)在模型隧道I變形前后拍攝位移示蹤單元4的位置照片，由于位移示蹤單元4固定于模型隧道I內(nèi)并隨模型隧道I相應(yīng)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(xiàn)了模型隧道I相應(yīng)點(diǎn)的位移。位移采集分析組件5的Geo-PIV 土工圖像分析系統(tǒng)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(yīng)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(biāo)識41可以是圓形，且可以是易于分辨的顏色，例如黑色。Geo-PIV 土工圖像分析系統(tǒng)通過分析位移前后對比照片上示蹤標(biāo)識41圓心位置的變化計算位移。
[0027]該量測方法能應(yīng)用于不同尺寸和形狀的模型隧道，還可以克服以往模型隧道內(nèi)傳感器布設(shè)難，觀測點(diǎn)布設(shè)數(shù)量有限等問題，建立布設(shè)簡單，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的測量方法。
[0028]上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)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(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特征在于包括模型隧道、觀測玻璃、拱頂拱底密封組件、若干位移示蹤單元及位移采集分析組件；該模型隧道對稱面一側(cè)的半結(jié)構(gòu)緊貼于該觀測玻璃的一側(cè)；該拱頂拱底密封組件設(shè)置于該模型隧道的拱頂和拱底外側(cè)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于拱頂和拱底的內(nèi)側(cè)，用作隧道變形觀測；該位移采集分析組件設(shè)置于觀測玻璃的另一側(cè)，用于采集位移示蹤組件的位置和分析隧道變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特征在于:所述位移示蹤單元是L型，其一側(cè)固定于該模型隧道拱頂或拱底的內(nèi)側(cè)，另一側(cè)設(shè)置有示蹤標(biāo)識并緊靠該觀測玻璃。
3.根據(jù)權(quán)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，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特征在于:所述位移采集分析組件包括數(shù)碼相機(jī)圖像拍攝系統(tǒng)和Geo-PIV 土工圖像分析系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特征在于: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(cè)分別固定于該模型隧道的拱頂和拱底外側(cè)，另一側(cè)緊靠該觀測玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測裝置，其特征在于:還包括端面密封組件，該端面密封組件與該模型隧道內(nèi)側(cè)形狀相配合地設(shè)置于該模型隧道的兩端。
7.一種基于權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的裝置的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)平面對稱條件取模型隧道對側(cè)面一側(cè)結(jié)構(gòu)緊貼于觀測玻璃一側(cè)，布置位移示蹤單元以作為觀測點(diǎn)，布置拱頂拱底密封組件及端面密封組件以使模型隧道內(nèi)部相對封閉，布置位移采集分析組件； 步驟2:所述位移采集分析組件于模型隧道變形前后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(jìn)而獲得模型隧道相應(yīng)位置的位移大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法，其特征在于:所述位移示蹤單元固定于該模型隧道內(nèi)并隨模型隧道相應(yīng)位置的壁體做同步位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面對稱深埋模型隧道的變形量測方法，其特征在于:所述位移示蹤單元具有圓形的示蹤標(biāo)識，所述位移采集分析組件通過分析對比照片上示蹤標(biāo)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(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)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(xué)