[發明專利]雙線隧道模型試驗中橫洞三維轉動模擬裝置與方法

有效

• 申請號: 201410415555.2
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104296959B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 周宗青;林鵬;李術才;李利平;石少帥;袁永才;雷霆;王升
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明屬于相似模型試驗領域，尤其涉及一種雙線隧道模型試驗中橫洞三維轉動模擬裝置與方法。

背景技術

地下工程模型試驗是按照相似比和相似理論將實際工程按照一定的比例縮小成一個模型，通過在比例縮小或等比模型上進行相應的試驗，獲取相關數據及檢查設計缺陷，已成為地下工程領域最為主要的研究手段之一，國內外諸多學者針對隧道通風、圍巖穩定性、突涌水災害等相關問題開展了大量模型試驗研究。然而，以往模型試驗的研究對象多為單線隧道，針對雙線隧道開展的模型試驗研究較少，現存的試驗技術有時無法滿足一些模型試驗中的特定需求。如雙線隧道突涌水災害發生后，采用模型試驗技術研究水體在隧道內的流動規律時，須考慮雙線隧道之間的橫洞對水體流動規律的影響，因此需在模型試驗中設置橫洞以達到試驗目的。由于模型試驗耗時較長、價格昂貴，若將橫洞與隧道制作成剛性構件，則無法開展多種組合條件下(隧道軸線與橫洞軸線的夾角不同；左、右線隧道的高差不同；隧道傾角不同；左、右線的間距，即橫洞長度不同)的試驗研究，制約了相關模型試驗的開展。

發明內容

本發明為克服上述技術的不足，提供了一種雙線隧道模型試驗中橫洞三維轉動模擬裝置與方法，該裝置及方法結構簡單、操作簡便、價格低廉、可實現橫洞三維轉動的模擬。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種雙線隧道模型試驗中橫洞三維轉動模擬裝置，包括橫洞模擬系統，所述橫洞模擬系統上部設有管狀水準器，橫洞模擬系統兩端通過鉸接連接裝置分別與隧道連接在一起，所述鉸接連接裝置上設置夾角測量裝置。

所述橫洞模擬系統由可拆裝的若干構件A和構件B組成，所述若干構件A連接在一起，在由構件A組成的連接件的兩端分別與構件B的一端連接，所述構件B的另一端分別與鉸接連接裝置連接。

所述構件A為拱形件，在所述拱形件的前后兩個弧形面上均設有一圈向上的連接面，在所述連接面上設有螺紋孔。

所述構件B的結構與構件A相同，所述構件B的一端與構件A連接，另一端與鉸接連接裝置的支座一固定連接。

所述橫洞模擬系統兩端的隧道上分別設有激光測距儀和傾角測量器。

所述的管狀水準器垂直于橫洞軸線布設。

所述的鉸接連接裝置包括伸縮蓬、球頭銷、球形襯套、支座一和支座二；

所述球頭銷包括球頭銷球面和球頭銷桿錐體；球形襯套設置在球頭銷球面的外側，所述支座一和支座二的一端分別固定在隧道和橫洞模擬系統上，所述球頭銷球面和球頭銷桿錐體分別固定在支座一和支座二的另一端上；所述伸縮蓬設置在鉸接連接裝置的外表面，用于防止水流進入鉸接連接裝置，并防止鉸接連接裝置大角度轉動時免受損傷。

在所述球頭銷球面和球形襯套之間充填用于使球頭銷球面在球形襯套內自由轉動的細小鋼珠。

一種雙線隧道模型試驗中橫洞三維轉動模擬裝置的方法，包括以下步驟：

1)根據兩個隧道的間距，即橫洞長度，確定構件A的數量，并將構件A、構件B、鉸接連接裝置、橫洞模擬系統以及隧道按照設定要求連接到一起，搭建橫洞三維轉動模擬裝置；

2)根據模型試驗要求調整兩個隧道的高度，當所述兩個隧道上的激光測距儀讀書之差等于兩個隧道高差時，將隧道初步固定，使其高度保持不變；

3)記錄指南針的初始讀數，根據隧道軸線與橫洞軸線的關系前后移動兩個隧道，當指南針讀數變化值等于兩軸線夾角時，將隧道再次固定，使其空間位置保持不變；

4)調整整個模型試驗系統角度，使得傾角測量器的讀數等于隧道傾角，轉動橫洞模擬系統，使得管狀水準器中的氣泡居中；

5)調整完畢。

本裝置適用于模擬多種條件下(隧道高差、間距、傾角、軸線夾角等)的模型試驗，鉸接連接裝置的設計，使得本裝置可實現橫洞的三維轉動、可反復使用，降低一系列模型試驗的開展所需的費用。

本發明有益效果：

本發明研究了雙線隧道模型試驗中橫洞三維轉動模擬裝置與方法，解決了以往模型試驗中將橫洞與隧道制作成剛性構件，無法開展多種組合條件模型試驗研究的技術難題。與前人研究相比，本發明裝置具有以下優點：

1)橫洞模擬系統具有可拆裝性，可開展左、右線隧道不同間距，即橫洞長度不同條件下的模型試驗。

2)鉸接連接裝置的設計，可滿足模型試驗中橫洞在水平方向和豎直方向轉動的要求，使得本裝置可模擬多種組合條件下的模型試驗。

3)用鉸接連接裝置連接牢固可靠，設置的伸縮蓬可起到防水、保護其它構件的作用。