一种隧道工程环境地层空洞变形模拟智能监测装置的制作方法

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及土木工程，具体涉及一种隧道工程环境地层空洞变形模拟智能监测装置。背景技术：2.由于复杂的环境条件使得城市地下工程面临较大的安全风险，大量研究成果表明：施工过程中的地层变形是隧道工程安全事故的主要根源，而地层空洞是城市隧道工程地层滞后沉降的主要原因。随着我国城市交通工程的快速发展，开展因隧道开挖引起的地层沉降机理领域的研究，具有非常好的工程和社会意义。3.由于传统的平面应变试验忽略了空洞在隧道开挖方向的空间效应，三维模型试验则更能准确地反映隧道施工过程中地层空洞变形的具体情况。技术实现要素：4.针对上述现有技术，本实用新型提供一种隧道工程环境地层空洞变形模拟智能监测装置，以解决现有实验装置忽略了空洞在隧道开挖方向的空间效应的问题。5.为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种隧道工程环境地层空洞变形模拟智能监测装置，包括实验箱体，实验箱体上端开口，其四壁为透明面板，实验箱体侧壁上设置有智能监测器，实验箱体底壁中部设置有一沿宽度方向延伸的拱形气囊，拱形气囊分为多段独立气囊，独立气囊均独立与气泵连接，拱形气囊的中央部位设置有上端口与实验箱体内部空间相通的柱状砂体容器，砂体容器的下端口设置有可开启的底盖，实验箱体两侧底部设置有排水通道，实验箱体内设置有传感器，传感器与智能监测器通信相连。6.本实用采取上述技术方案的有益效果是：实验箱体用于将岩土体分层填入，其四壁设置为透明面板，便于观察土层变化。拱形气囊用于模拟隧道，将其设置为多段独立气囊，可在实验时，通过气泵逐段卸载气囊，用以模拟隧道向前开挖过程。柱状砂体容器用于盛放砂体，模拟拱顶空洞。传感器用于在隧道向前开挖过程中，将各种实验数据传输给智能监测器。排水通道用于模拟土层排水。7.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。8.进一步，排水通道位于实验箱体外侧一端设置有电磁阀，电磁阀与智能监测器通信相连。9.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：实验时可通过智能监测器控制排水通道的打开和关闭。10.进一步，排水通道位于实验箱体内侧一端设置有钢丝网垫层。11.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：钢丝网垫层可防止砂土进入排水通道，进而堵塞阀门。12.进一步，传感器包括位移传感器、应变式土压力盒和孔隙水压力传感器；位移传感器和应变式土压力盒于实验箱体内填土层内分层布设；孔隙水压力传感器设置于实验箱体底部与排水通道相邻处。13.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：位移传感器用于监测土层发生移动的情况，应变式土压力盒用于监测土层中压力变化情况，孔隙水压力传感器用于监测土层水压变化。14.进一步，位移传感器和应变式土压力盒设置多组，每一组均位于独立气囊中部的同一竖向平面。15.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：位移传感器和应变式土压力盒设置于同一竖向平面，可用于监测同一竖向平面上土层的位移和压力变化，每一个独立气囊中部均设置有一组位移传感器和应变式土压力盒，能更好地监测逐段卸载气囊时土层中各处的位移和压力变化。16.进一步，位移传感器和应变式土压力盒在竖向平面内设置多个。17.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：同一竖向平面内设置多个位移传感器和应变式土压力盒，可以更好地反应不同位置处的土层的位移和压力变化。18.进一步，砂体容器的上部配置有砂体塑形杯。19.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：砂体塑形杯用于对固定砂体形状，对砂体容器塑形。20.本实用新型的有益效果是：本实用的装置可以对不同级配、密实度、水位和渗流工况，因隧道开挖引起的空洞地层变形进行全过程模拟，智能监测器能全程连续高频监测、读取和记录实验数据，并对隧道工程环境地层空洞变形模拟实验数据进行智能分析，相比于人工读数记录，不仅减小了模拟实验的误差，还减少了人力物力成本，极大地提高了实验精度和实验效率。本实用的装置的结果可为理论和数值研究提供佐证，为现场监测数据提供印证，为实际的工程措施提供依据。附图说明21.图1为本实用的正视图；22.图2为本实用的俯视图；23.其中，1、实验箱体，2、智能监测器，3、孔隙水压力传感器，4、位移传感器，5、应变式土压力盒，6、拱形气囊，7、排水通道，8、砂体容器。具体实施方式24.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。25.本实用新型的实施例中，如图1、2所示，提供一种隧道工程环境地层空洞变形模拟智能监测装置，包括实验箱体1，实验箱体1上端开口，其四壁为透明面板。实验箱体1侧壁上设置有智能监测器2。26.实验箱体1底壁中部设置有一沿宽度方向延伸的拱形气囊6，拱形气囊6分为4段独立气囊，独立气囊均独立与气泵连接，可通过气泵逐段卸载气囊，用以模拟隧道向前开挖过程。拱形气囊6的中央部位设置有上端口与实验箱体1内部空间相通的柱状砂体容器8，砂体容器8的下端口设置有可开启的底盖。柱状砂体容器8用于盛放砂体，模拟拱顶空洞。砂体容器8的上部配置有砂体塑形杯，用于对砂体容器8进行塑形。27.实验箱体1两侧底部设置有排水通道7，优选地，排水通道7在实验箱体1的左侧壁、右侧壁底部各沿宽度方向间隔设置2个。排水通道7位于实验箱体1外侧一端设置有电磁阀，电磁阀与智能监测器2通信相连。排水通道7位于实验箱体1内侧一端设置有钢丝网垫层，可防止砂土进入排水通道7，进而堵塞阀门。28.实验箱体1内设置有传感器，传感器与智能监测器2通信相连。传感器包括位移传感器4、应变式土压力盒5和孔隙水压力传感器3。孔隙水压力传感器3设置于实验箱体1底部与排水通道7相邻处。29.位移传感器4和应变式土压力盒5设置4组，每一组均位于独立气囊中部的同一竖向平面内的填土层内分层布设。优选地，沿同一竖向平面设置10个位移传感器4和4个应变式土压力盒5。其中，10个位移传感器4分三层横向等距离排布在土体层中，第一层放置5个，位于土体层表面；第二层放置4个，位于土体层表面下40cm处；第三层放置1个，位于土体层表面下65cm处。4个应变式土压力盒5也分三层排布在土体中，第一个放置在土体层表面下25cm所在平面的中心处；第二个放置在第一个正下方，距离第一个32cm；最后两个对称分布在拱形结构12两侧，距离土体表面87cm。30.本实用新型的隧道工程环境地层空洞变形模拟智能监测装置的实验准备过程如下：31.1、检查实验箱体1、拱形气囊6和智能检测器功能性及各连接部位完整性，通过智能监测器关闭所有排水通道7的电磁阀；32.2、根据实验项目，将提前配置好的岩土体分层填入实验箱体1；33.3、岩土体填平至拱形气囊6的拱顶，开始往砂体容器8中填入细沙，并用砂体塑形杯固定砂体形状，待填土到砂体塑形杯顶部时取出砂体塑形杯，细沙大小形状为模拟空洞的大小形状，可根据需要进行调整；34.4、待土体填到相应高度时，放置相应试验传感器；35.5、通过智能监测器2检查所有传感器线路是否都已连接，调试装置。36.试验过程如下：37.1、调试整套装置，通过智能监测器2检查线路是否都正常连接；38.2、通过智能监测器2打开所有排水通道7的排水阀，用洒水器在实验箱体1内填土层表面均匀洒水，直至排水阀中有水渗出一段时间。在此之后，每隔一段时间进行洒水一次。间隔时间及洒水时间根据地层及实验要求进行调整，模拟自然状态下的砂卵石固结过程；39.3、待填土层达到预设固结状态，开始变形实验；40.4、打开智能监测器监测系统，开始持续读取数据直至实验结束；41.5、通过气泵逐段卸载气囊，掏出其中模拟空洞的砂体，制造地层中空洞，并对所掏出的砂体进行体积量测；42.6、观察地层变形及传感器数据变化，直至空洞发生塌陷；43.7、继续观察地层变形，直至系统稳定。44.8、智能监测器2在实验结束后自动终止监测并对实验数据进行智能分析，可通过信号传输设备获取分析报告。45.虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。









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