[發明專利]一種用于離心模型試驗隧道模型表面壓力采集裝置

在審

• 申請號: 201711327789.1
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108132114A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 周順華;宮全美;金浩;夏杰;周瑜亮;殷劍光
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L1/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種用于離心模型試驗隧道模型表面壓力采集裝置，主要由薄膜壓力傳感器、信號發射器、信號接收器與計算機組成。薄膜壓力傳感器包裹在隧道模型表面，與模型一起置于離心試驗模型箱內；薄膜壓力傳感器有引線接出，與信號發射器連接；模型箱與信號發射器封閉于離心試驗機中；信號接收器位于離心試驗機外，可接受信號發射器傳出的測量信號；信號接收器再通過數據線與計算機連接，從而使用相關軟件處理、分析數據。與現有技術相比，本發明使用薄膜壓力傳感器可以獲得隧道表面壓力分布情況，相比單點測量更加可靠，更全面反映了隧道的受力情況；且克服了傳統試驗中由于離心試驗機旋轉而難以以有線方式連接傳感器和信號接收器的缺點。

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，尤其是涉及一種用于離心模型試驗隧道模型表面壓力采集裝置。

背景技術

隧道結構的科研、設計、建設是土木工程行業非常重要組成部分，其中對隧道與土的相互作用研究是科研的核心領域。只有認清隧道與土的相互作用關系，才能更好指導設計與施工。對此，現有的研究方法主要有解析法、數值模擬法、試驗法與實測法。解析法通常是建立在物理假設的前提下，結果與實際情況有所差異。數值模擬法在土體本構及本構參數選取上有較大困難，其準確程度對結果有很大影響，也難以考慮土體的應力歷史、模型邊界條件等因素。試驗法與實測法的結果相對可靠，尤其實測法基本可以看作是真實結果。但實測法需要付出的人力物力大，難以長期測量。

試驗法中的離心模型試驗恰好能解決實測法的這一缺點。離心模型試驗能夠重現真實隧道所處的應力場，模擬真實隧道與土的相互作用，而且可以以較少的試驗時間模擬真實隧道幾十年的過程。

現有的離心模型試驗在研究隧道與土體相互作用方面通常做法是在隧道模型周圍埋設土壓力盒。但土壓力盒數量有限，測試結果少，而且土壓力盒的存在改變了地應力場，干擾了土體與隧道模型的相互作用，誤差較大。此外還存在由于離心試驗機空間較小，整套測試裝置布線繁瑣，降低了試驗方案的可操作性。

因而，客觀上有必要發明一種能夠精確顯示隧道周圍土壓力分布的測量裝置，并提高其對離心試驗機的適應性，提高裝置布置的可行性與信號傳輸的可靠性。

中國專利CN103175729A公開了盾構隧道開挖面穩定性離心模型試驗配套裝置，包括模型箱，模型箱內設有模型隧道、隧道剛性支護面、動力組件、傳動組件及數據采集組件；其中模型隧道位于模型箱中，模型隧道的外側充填試驗地基土；隧道剛性支護面設在模型隧道內部的頂端；動力組件設在模型隧道的外側；傳動組件設在模型隧道內部，連接動力組件及隧道剛性支護面；數據采集組件包括力傳感器、LVDT位移計及土壓力計；動力組件通過傳動組件為隧道剛性支護面提供動力，帶動隧道剛性支護面移動，實現對隧道剛性支護面的位移控制，模擬隧道開挖面土體失穩的過程，數據采集組件同步采集數據。該發明的作用是模擬盾構隧道的開挖過程，對開挖面失穩破壞進行研究，其主要研究對象是盾構施工中影響的土層，獲得的是土的失穩破壞行為特性，并不能反映隧道結構的受力與變形規律。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種新的用于離心模型試驗的隧道模型表面壓力采集裝置，使得試驗結果更加全面、準確地反映隧道模型的受力狀況。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于離心模型試驗隧道模型表面壓力采集裝置，包括薄膜壓力傳感器、信號發射器、信號接收器和計算機，所述的薄膜壓力傳感器與信號發射器位于離心試驗機內部，所述的信號接收器與計算機位于離心試驗機外部。

所述的薄膜壓力傳感器與隧道模型密貼，置于模型箱內，所述的模型箱置于離心試驗機內；模型箱內按試驗需求鋪設土層與其他模型或傳感器；薄膜壓力傳感器通過導線與信號發射器相連，將壓力響應轉化成電壓信號傳輸給信號發射器。