CN106441653A - 一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，该方法具有监测精准、获取信息方便、易于实施等优点。包括步骤：根据试验内容要求确定监测断面，在预制好的隧道明洞表面设计监测断面处做好标记；每个监测断面根据试验内容设计监测元件布设点；布设径向、轴向与环向应变监测元件，将径向应变监测元件安装在明洞模型结构内部，将环向与轴向应变监测元件表贴在明洞表面；进行冲击明洞模型试验，监测明洞应变规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法。
技术背景
伴随着我国经济的高速发展，国家向基础设施建设的投资越来越多，在我国西南地区建设的隧道工程日益增多，由高陡边坡危岩体崩塌造成的灾害事故日趋严重。对滚石冲击明洞的灾害研究，地质力学模型试验是一种有效的手段，明洞受力应变的有效监测是保证试验有效进行的重要环节。光纤传感器作为新兴的传感技术有着其他传统感器所无可替代的优势：(1)光纤光栅传感器是通过光波反射原理传输信息，而光纤作为光纤光栅传感器的载体是电绝缘的传输介质，因此该类传感器不受外界的电磁场的干扰，本身安全可靠。(2)耐腐蚀，由于光纤的表面有涂覆层，这些涂覆物质是由高分子材料组成，这种材料能够在具有酸碱等化学成分的强的环境中长期使用，因此具备这种特性的光纤传感器适合于结构体的长期健康监测。(3)测量精度高，光纤传感器采用波长调制技术，分辨率能够达到纳米级。利用光纤和光波的干涉技术使得这种技术的传感器具有极高的灵敏度。(4)体积小。由于光纤传感器的核心是带有一定波长的光栅，光栅在受外力或者温度变化时，会产生波长的变化，根据这种特性可以将光纤光栅做成体积小巧的传感器。
目前已有某些科研单位对滚石冲击隧道明洞开展相关研究，但多数采取原位试验和数值模拟的方法，前者实施难度较大，后者缺乏一定的可靠性。地质力学模型试验可以避免上述问题并进行有效的研究。本发明针对拟开展的危岩崩塌滚石冲击明洞模型试验提出了一种隧道明洞模型受力应变监测方法，可有效监测明洞对滚石的冲击响应。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，该方法在隧道明洞模型内部与表面安装应变监测元件，滚石冲击明洞表面过程，明洞轴向、径向与环向由于受到冲击力会产生相应的应变，不同监测点得到的应变数据通过光纤传到计算机分析软件，实现隧道明洞对滚石冲击响应规律的研究。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，在隧道明洞模型内设置多个监测断面，在每个监测断面上设有轴向、环向和径向监测元件来监测明洞的应变规律。
进一步的，所述的监测断面的确定根据试验内容要求确定，包括监测断面的数量和位置。
进一步的，每个所述的监测断面根据试验内容设计成左右两侧拱腰、两侧拱肩以及拱顶共5个监测元件布设点。
进一步的，径向应变监测元件的布设方法如下：
将隧道明洞模型在每个监测点沿径向钻小孔，人工将监测元件由明洞结构内侧伸向外侧，使监测元件的圆形垫板紧贴明洞内表面，之后将环氧树脂材料灌满钻孔空隙，使监测元件与明洞固定为一个整体。
进一步的，轴向与环向监测元件的布设方法如下：
在隧道明洞模型每个监测点处将监测元件分别沿环向和轴向贴在明洞表面，元件两端用强力胶水固定，之后于监测元件表面均匀涂抹环氧树脂材料，使其与明洞表面粘接。
进一步的，用于监测轴向、环向的监测元件为裸露式FBG光纤光栅元件，元件用强力胶水固定，并在监测元件表面均匀涂抹环氧树脂材料用于保护监测元件。
进一步的，所述的径向监测元件是为FBG光纤光栅元件径向应变传感器采用包裹式的FB G光纤光栅元件，其底部与圆形垫板粘接，埋设时，先根据试验设计将明洞结构沿径向钻孔，径向监测元件由明洞结构内侧伸向外侧，圆形垫板紧贴明洞内表面，之后将环氧树脂材料灌满钻孔空隙，使监测元件与明洞固定为一个整体。
进一步的，所述的轴向、环向和径向监测元件与数据存储以及数据处理装置相连。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种滚石冲击隧道明洞地质力学模型试验中明洞受力应变监测方法，在滚石冲击明洞过程中，各监测元件布设点获得的监测数据通过光纤传输到数据处理装置，综合分析明洞对滚石的冲击响应规律。光纤光栅元件安全可靠、耐腐蚀、体积小、测量精度高，可用于有效监测明洞的应变规律。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为方法实施流程图；
图2为监测元件安装完成后明洞模型示意图；
图3为径向钻孔后明洞模型示意图；
其中1明洞模型；2监测元件布设点；3监测断面；4轴向应变监测元件；5径向应变监测元件；6环向应变监测元件；7钻孔。
具体实施方式
下面结合附图与某下穿隧道边坡危岩崩塌滚石冲击明洞地质力学模型试验对本发明作进一步说明。
如图2-3所述，滚石冲击隧道明洞地质力学模型试验中明洞受力应变监测***，包括轴向应变监测元件4、径向应变监测元件5和环向应变监测元件6；所述的轴向应变监测元件4、径向应变监测元件5和环向应变监测元件6将这些采集的数据发送给数据处理单元。
轴向应变监测元件4、径向应变监测元件5和环向应变监测元件6通过光纤将数据送给数据处理单元，数据处理单元对所采集的数据进行分析。
具体的监测方法，包括以下步骤：
步骤(1)根据试验内容要求确定监测断面3，包括监测断面3数量与设计位置，在预制好的隧道明洞表面设计监测断面3处做好标记；
步骤(2)每个监测断面3根据试验内容设计左右两侧拱腰、两侧拱肩以及拱顶共5个监测元件布设点2；
步骤(3)布设径向应变监测元件5，将隧道明洞模型1在每个监测点沿径向钻直径为1cm的钻孔7，人工将监测元件由明洞结构内侧伸向外侧，监测元件圆形垫板紧贴明洞内表面，之后将环氧树脂材料灌满钻孔空隙，使监测元件与明洞固定为一个整体；
步骤(4)布设轴向与环向监测元件4、6，在隧道明洞模型1每个监测点处将监测元件分别沿环向和轴向贴在明洞表面，元件两端用强力胶水固定，之后于监测元件表面均匀涂抹环氧树脂材料，使其与明洞表面粘接，并起到保护光栅的作用；
步骤(5)进行冲击明洞模型试验，监测明洞应变规律。
进一步的，每个监测断面设计5个监测元件布设点，分别为两侧拱腰、两侧拱肩以及拱顶。
进一步的，用于监测轴向、环向的监测元件为FBG光纤光栅元件，元件用强力胶水固定，并在监测元件表面均匀涂抹环氧树脂材料用于保护监测元件。
进一步的，所述的径向监测元件是所述的径向监测元件是为FBG光纤光栅元件径向应变传感器采用包裹式的FBG光纤光栅元件，其底部与圆形垫板粘接，埋设时，先根据试验设计将明洞结构沿径向钻孔，监测元件由明洞结构内侧伸向外侧，圆形垫板紧贴明洞内表面，之后将环氧树脂材料灌满钻孔空隙，使监测元件与明洞固定为一个整体。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：在隧道明洞模型内设置多个监测断面，在每个监测断面上设有轴向、环向和径向监测元件来监测明洞的应变规律。
2.如权利要求1所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：所述的监测断面的确定根据试验内容要求确定，包括监测断面的数量和位置。
3.如权利要求1或2所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：每个所述的监测断面根据试验内容设计成左右两侧拱腰、两侧拱肩以及拱顶共5个监测元件布设点。
4.如权利要求1所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：径向应变监测元件的布设方法如下：
将隧道明洞模型在每个监测点沿径向钻小孔，人工将监测元件由明洞结构内侧伸向外侧，使监测元件的圆形垫板紧贴明洞内表面，之后将环氧树脂材料灌满钻孔空隙，使监测元件与明洞固定为一个整体。
5.如权利要求1所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：轴向与环向监测元件的布设方法如下：
在隧道明洞模型每个监测点处将监测元件分别沿环向和轴向贴在明洞表面，元件两端用强力胶水固定，之后于监测元件表面均匀涂抹环氧树脂材料，使其与明洞表面粘接。
6.如权利要求1或5所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：用于监测轴向、环向的监测元件为FBG光纤光栅元件。
7.如权利要求1或2所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：所述的径向监测元件是为FBG光纤光栅元件径向应变传感器采用包裹式的FBG光纤光栅元件，其底部与圆形垫板粘接，埋设时，先根据试验设计将明洞结构沿径向钻孔，径向监测元件由明洞结构内侧伸向外侧，圆形垫板紧贴明洞内表面，之后将环氧树脂材料灌满钻孔空隙，使监测元件与明洞固定为一个整体。
8.如权利要求1或2所述的地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，其特征在于：所述的轴向、环向和径向监测元件与数据存储以及数据处理装置相连。
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