[實用新型]一種用于模擬隧道洞徑收斂的教學模型

有效

• 申請號: 201720830323.2
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN207199183U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 張軍偉;王富磊
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所51221
• 代理人: 王蕓,熊曉果

技術領域

本實用新型涉及隧道工程教學模型領域，特別是一種用于模擬隧道洞徑收斂的教學模型。

背景技術

近年來，隨著我國基礎設施建設的大力發展，城市地下空間開發作為新興產業在國民經濟中發揮越來越重要的作用，我國大部分大中型城市均在修建城市地鐵或輕軌工程。城市地下空間開發的蓬勃發展必然導致專業人才需求與日俱增，截止目前，我國開辦城市地下空間工程專業及土木工程（地下工程）專業高校已達到40多所。

在城市地下空間工程專業及土木工程專業教學過程中，隧道工程作為比較常見的一門學科，比較好的教學方式為演示教學，讓學生非常直觀清晰地了解到巖體受力、外界荷載、支撐支護、圍巖變形和洞徑收斂等一系列的過程和機理。然而，由于受到各方面條件的限制，很多學校視演示教學為包袱，演示教學由此在整個培養方案中的比例極其低微，即使有些高校在隧道工程專業教學過程中使用演示教學，也只限于一些動畫演示和靜態展示模型設備，而且這些設備存在過于陳舊且無法滿足現有先進技術需要的問題，導致現有的相關產品無法滿足演示教學要求。

鑒于演示教學在整個培養方案中占據重要地位，它的缺失不利于學生對知識的綜合利用與融會貫通，與實際工程脫節，導致人才培養不能體現新時代城市地下空間開發的特征，人才培養質量也不能完全滿足社會發展和用人單位的需要。因此，對我國高等學校城市地下空間工程以及土木工程（地下工程）專業而言，在城市地下空間工程隧道類及相關專業課程中推行教學模型進行演示教學勢在必行，開發出滿足需求的教學模型更是刻不容緩。

實用新型內容

本實用新型的發明目的在于：針對在隧道工程教學過程中只能采用動畫演示或靜態模型展示進行演示教學時，存在難以形象展示隧道開挖前巖體的變形情況的問題，提供一種用于模擬隧道洞徑收斂的教學模型，該教學模型通過布置承壓鋼圈、第一受壓板和傳動桿，從而模擬巖體在開挖前受到自身重力和外界附加荷載作用下的變形情況，并通過刻度片觀測巖體的變形情況，使教學過程變得直觀明了，方便理解，解決了現有教學過程中無法展示巖體開挖前的變形情況。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種用于模擬隧道洞徑收斂的教學模型，包括環形的承壓鋼圈，及對應布置在承壓鋼圈內的第一受壓板，所述承壓鋼圈內還布置有形狀與第一受壓板匹配的刻度片，所述刻度片安裝在所述第一受壓板端部，在承壓鋼圈上布置多根傳動桿，所有傳動桿均沿承壓鋼圈徑向延伸，且承壓鋼圈與傳動桿之間為螺紋連接，使傳動桿的一端能與第一受壓板接觸。

本方案模擬了隧道開挖前巖體的變形情況，所述承壓鋼圈作為該模型使用時的基礎，用于承受傳動桿轉動時第一受壓板產生的反力，傳動桿模擬施加外界荷載作用力和自身重力，通過轉動傳動桿，使第一受壓板受到作用力，再通過刻度片觀測第一受壓板的變形情況，很直觀地感受到實際隧道工程中巖體的受力情況。

本方案的教學模型實現了從動態上演繹巖體在開挖前的變形情況，非常貼近現實隧道施工的情況，通過設置多個傳動桿，分別調整各個傳動桿的作用力大小，從而實現第一受壓板在不同方向、不同作用力大小的情況下的變形情況，具有多種施加作用力的方式，真實模擬巖體的受力情況。

作為本實用新型的優選方案，所述承壓鋼圈和第一受壓板均為圓環形結構，所述第一受壓板的外環面與所述承壓鋼圈的內環面貼合。

將第一受壓板設為環形封閉結構，相當于在巖體中開挖出隧道，采取這種結構形式，使本發明的教學模型能模擬單洞隧道圍巖在沒有任何支護措施下的變形情況和洞徑收斂情況，從而使得該教學模型應用于在開挖前和開挖后各部位的受力情況，增大了教學模型的演示場景，同時，也能動態模擬出在開挖隧道后，隧道和巖體在不同方向、不同大小的外力情況下的變形情況。

作為本實用新型的優選方案，所述第一受壓板的內環面上安裝有環形封閉的支撐鋼圈，所述支撐鋼圈的外壁面與第一受壓板貼合，所述支撐鋼圈與第一受壓板可拆卸式安裝。

安裝環形封閉的支撐鋼圈，相當于在隧道中布置了支護結構，使本發明的教學模型能模擬單洞隧道圍巖在加入鋼支撐支護后的變形情況和洞徑的收斂情況，將其布置為可拆卸式，使得拆掉支撐鋼圈后，該教學模型能又能同時模擬單洞隧道圍巖在沒有任何支護措施下的變形情況和洞徑收斂情況。

由于能同時模擬是否設置支護結構的兩種工況，使得該教學模型能通過隧道圍巖在鋼支撐有無不同條件下的變形情況相互對比，體現出鋼支撐在隧道支護中的作用。