本申请提供一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置及方法，所述装置包括：隧洞内衬，所述隧洞内衬的外壁间隔套设有第一密封板和第二密封板，所述第一密封板和第二密封板靠近所述隧洞内衬的端面与所述水工隧洞模型的端部外壁抵接，所述隧洞内衬的外壁、第一密封板、第二密封板及所述水工隧洞模型内壁之间形成容水空间，所述第一密封板用于与外部进水管道连通；隔水位移传感组件，设置于所述隧洞内衬上，所述隔水位移传感组件包括监测触点，所述监测触点与所述水工隧洞模型内壁接触。在加载水压的过程中，通过隔水位移传感组件实时监测水工隧洞模型内壁的形变，可以准确及时地掌握水工隧洞模型在加载不同水压时的形变。掌握水工隧洞模型在加载不同水压时的形变。掌握水工隧洞模型在加载不同水压时的形变。
【技术实现步骤摘要】
一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置及方法
[0001]本申请涉及水工隧洞物理模型流
‑
固耦合模拟
，尤其涉及一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置及方法。
技术介绍
[0002]在深部岩体工程中，深埋洞室需要处于高地应力和高渗透压的极端赋存环境中长期服役。洞室围岩在高地应力的作用下，部分岩体处于临界破坏状态，岩石开裂、岩爆、软化和塌方等灾害频发。而高渗透压力不仅造成突水、围岩和衬砌破坏等工程灾害，而且加剧岩石软化过程，降低岩体强度。在高地应力、高渗透压和动力荷载的作用下，裂隙围岩渗流稳定性和动态力学响应受到严重影响，威胁地下洞室安全运行。
[0003]若要探究高应力、高渗压的深埋洞室裂隙围岩的水力耦合机理，传统理论方法难以胜任，数值模拟参数确定随机性大，现场原位试验条件受限，相比之下，地质力学模型试验具有直观、可控、真实的特点，已成为研究深埋洞室裂隙围岩水力耦合特性的重要手段。地质力学模型试验可为数值模拟研究提供补充和验证，能精细模拟深埋洞室长期运行中裂隙围岩水力耦合破坏过程，对于发现新现象、揭示新机理、探索新规律和验证新理论，具有不可替代的重要作用。
[0004]但是，要进行裂隙岩体模型的水力耦合模拟，需要拥有与之匹配的地质力学模型试验系统，现有的试验系统仅能基于试验目的向水工隧洞模型内加载不同的水压，但是在加载水压过程中水工隧洞模型内壁的形变无法进行准确高效的监测，以致无法准确获知水工隧洞模型内的形变情况，不利于模拟试验的进行。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提出一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置及方法。
[0006]基于上述目的，本申请第一方面提供了一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置，包括：
[0007]隧洞内衬，被配置为设置于水工隧洞模型内，所述隧洞内衬的外壁与所述水工隧洞模型的内壁之间有空隙，所述隧洞内衬的外壁间隔套设有第一密封板和第二密封板，所述第一密封板和第二密封板靠近所述隧洞内衬的端面与所述水工隧洞模型的端部外壁抵接，所述隧洞内衬的外壁、第一密封板、第二密封板及所述水工隧洞模型内壁之间形成容水空间，所述第一密封板用于与外部进水管道连通；
[0008]隔水位移传感组件，设置于所述隧洞内衬上，所述隔水位移传感组件包括监测触点，所述监测触点与所述水工隧洞模型内壁接触，用于监测水工隧洞模型内壁的形变。
[0009]可选地，所述隔水位移传感组件包括位移传感器和隔水单元，所述隔水单元套设于所述位移传感器外壁，并与所述位移传感器连接，所述隔水单元由聚氯乙烯或聚乙烯材料制成。
[0010]可选地，所述位移传感器包括电感部、伸缩杆和球面触点螺母，所述伸缩杆的一端与所述电感部连接，所述伸缩杆能相对所述电感部进行伸缩，所述伸缩杆的另一端与所述球面触点螺母螺纹连接，所述球面触点螺母远离所述伸缩杆的一端设有所述监测触点。
[0011]可选地，所述电感部靠近所述伸缩杆的一侧设有外螺纹段；
[0012]所述隔水单元包括依次连接的第一端板、第一连接部、中间螺旋部、第二连接部和第二端板，所述中间螺旋部套设于所述伸缩杆的外壁，所述第一端板与所述球面触点螺母接触连接，所述第二端板与所述电感部的外螺纹段接触连接。
[0013]可选地，所述第一端板包括相对设置的第三端面和第四端面，所述第三端面为远离所述伸缩杆的端面，所述第四端面为靠近所述伸缩杆的端面；
[0014]所述隔水位移传感组件还包括紧固螺母，所述紧固螺母与所述伸缩杆螺纹连接，所述第一连接部套设于所述紧固螺母外壁，所述第一端板位于所述紧固螺母和所述球面触点螺母之间，所述第一端板的第三端面与所述球面触点螺母靠近所述伸缩杆的一侧接触连接，所述第一端板的第四端面与所述紧固螺母远离所述伸缩杆的一侧接触连接。
[0015]可选地，所述第二端板包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面为靠近所述伸缩杆的端面，所述第二端面为远离所述伸缩杆的端面；
[0016]所述隔水位移传感组件还包括紧固接头，所述紧固接头包括螺纹段和紧固头，所述螺纹段套设于所述电感部的外螺纹段外壁并与所述外螺纹段螺纹连接，所述紧固头套设于所述隔水单元的第二连接部外壁，所述第二端板设置于所述紧固接头和所述外螺纹段之间，所述第二端板的第一端面与所述紧固接头远离所述伸缩杆的一侧接触连接，所述第二端板的第二端面与所述外螺纹段靠近所述伸缩杆的一侧接触连接。
[0017]可选地，所述隧洞内衬内部设有沿着所述隧洞内衬长度方向贯通的中空腔，所述隧洞内衬的侧壁上设有多个通孔，所述隔水位移传感组件的电感部位于所述中空腔内，所述球面触点螺母的监测触点伸出对应的所述通孔后与所述水工隧洞模型内壁接触；
[0018]所述紧固接头的螺纹段还设有外螺纹，所述通孔的孔壁设有与所述外螺纹配合的螺纹，所述隧洞内衬与所述隔水位移传感组件通过所述紧固接头与通孔的螺纹配合实现连接。
[0019]可选地，所述隔水位移传感组件设有多个，多个所述隔水位移传感组件分为多个间隔设置的隔水组，每个所述隔水组内的多个所述隔水位移传感组件呈环形设置。
[0020]可选地，所述第二密封板上设有出水孔，所述第一密封板上设有进水孔，所述进水孔用于与外部进水管道连接。
[0021]本申请第二方面提供了一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置的使用方法，包括：
[0022]将上述第一方面任一项所述的装置置于待监测的水工隧洞模型内，确保第一密封板、第二密封板靠近所述隧洞内衬的端面与所述水工隧洞模型的端部外壁抵接，使所述隧洞内衬的外壁、第一密封板、第二密封板及所述水工隧洞模型内壁之间形成密封的容水空间，隔水位移传感组件的电感部远离所述伸缩杆的一端与数据采集仪电连接；
[0023]将所述第一密封板的进水孔与外部进水管道连接，将第二密封板的出水孔与外部出水管连接，使得所述外部进水管、所述进水孔、所述容水空间、所述出水孔和所述外部出水管道之间形成闭合的流水管路；
[0024]根据预设水压要求，向所述进水管道内通水，以向所述水工隧洞模型内壁加载水压，同时隔水位移传感组件实时监测水工隧洞模型内壁的形变，并将检测数据传输至所述数据采集仪。
[0025]从上面所述可以看出，本申请提供的水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置及方法，将隧洞内衬设置于水工隧洞模型内，使得隧洞内衬的外壁、第一密封板、第二密封板及水工隧洞模型内壁之间形成容水空间，所述第一密封板用于与外部进水管道连通，实际使用时，可以通过向容水空间内通入不同压力的水，以向水工隧洞模型内壁加载不同的水压；同时，在加载水压的过程中，通过隔水位移传感组件实时监测水工隧洞模型内壁的形变，可以准确及时地掌握水工隧洞模型在加载不同水压时的形变，可用于各类水工隧洞内水环境模拟与变形监测的科学研究。另外，所述监测触点与所述水工隧洞模型内壁接触，接触式的监测方式提高了整个监测过程的灵敏度及准确度。
附图说明
[0026]为了更本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水工隧洞模型内水压力加载和变形监测装置，其特征在于，包括：隧洞内衬，被配置为设置于水工隧洞模型内，所述隧洞内衬的外壁与所述水工隧洞模型的内壁之间有空隙，所述隧洞内衬的外壁间隔套设有第一密封板和第二密封板，所述第一密封板和第二密封板靠近所述隧洞内衬的端面与所述水工隧洞模型的端部外壁抵接，所述隧洞内衬的外壁、第一密封板、第二密封板及所述水工隧洞模型内壁之间形成容水空间，所述第一密封板用于与外部进水管道连通；隔水位移传感组件，设置于所述隧洞内衬上，所述隔水位移传感组件包括监测触点，所述监测触点与所述水工隧洞模型内壁接触，用于监测水工隧洞模型内壁的形变。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔水位移传感组件包括位移传感器和隔水单元，所述隔水单元套设于所述位移传感器外壁，并与所述位移传感器连接，所述隔水单元由聚氯乙烯或聚乙烯材料制成。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述位移传感器包括电感部、伸缩杆和球面触点螺母，所述伸缩杆的一端与所述电感部连接，所述伸缩杆能相对所述电感部进行伸缩，所述伸缩杆的另一端与所述球面触点螺母螺纹连接，所述球面触点螺母远离所述伸缩杆的一端设有所述监测触点。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电感部靠近所述伸缩杆的一侧设有外螺纹段；所述隔水单元包括依次连接的第一端板、第一连接部、中间螺旋部、第二连接部和第二端板，所述中间螺旋部套设于所述伸缩杆的外壁，所述第一端板与所述球面触点螺母接触连接，所述第二端板与所述电感部的外螺纹段接触连接。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一端板包括相对设置的第三端面和第四端面，所述第三端面为远离所述伸缩杆的端面，所述第四端面为靠近所述伸缩杆的端面；所述隔水位移传感组件还包括紧固螺母，所述紧固螺母与所述伸缩杆螺纹连接，所述第一连接部套设于所述紧固螺母外壁，所述第一端板位于所述紧固螺母和所述球面触点螺母之间，所述第一端板的第三端面与所述球面触点螺母靠近所述伸缩杆的一侧接触连接，所述第一端板的第四端面与所述紧固螺母远离所述伸缩杆的一侧接触连接。6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二端板包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面为靠近所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，邵亚建，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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