【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于盾构隧道模型试验，具体涉及一种盾构隧道模型试验地层变形的测量装置和测量方法。
技术介绍
1、大断面与工程条件复杂已然成为了盾构隧道目前的发展趋势。过去基于中小断面盾构隧道的结构分析与设计方法已经很难适应当前大断面盾构隧道在复杂工程条件下的结构力学性能问题，因此探明大断面盾构隧道结构力学性能规律、建立可充分考虑大断面盾构隧道结构特征的分析方法迫在眉睫。
2、在盾构隧道结构力学性能的研究方法中，相似模型试验能够在控制试验成本的基础上获取隧道结构的力学规律并且直观地获取试验破坏形态，在隧道研究领域是一种非常有效的研究手段。大断面盾构隧道模型试验的研究重点是在受荷状态下隧道结构与地层之间的相互作用机理，然而在过去的研究中，受到测试手段的限制，学者们通常关注的是隧道结构的变形或者应变，对于地层的变形状态关注较少。因此为进一步分析大断面盾构隧道的力学性能以及结构与地层的相互作用机理，有必要设计地层变形的测量装置及测量方法。
3、目前，盾构隧道模型试验地层变形的传统测量方式存在缺陷，比如，申请号为“201510748018.4”的专利技术申请公开了一种测量盾构施工临近地层变形和应变的试验装置，包括箱体，所述箱体至少两个侧面透明，箱体的其中两个相对侧面上均设置有通孔，箱体侧面上设有钢块，两个通孔中一个通孔的直径比另一个通孔大，箱体上还设置有穿过两个通孔的第一钢管和穿过直径较大的通孔的第二钢管，第二钢管位于第一钢管外且与第一钢管活动连接，所述钢块内部为空心结构，钢块内部活动连接有活动块，所述箱体外设置有照相机
4、上述专利技术申请利用相机拍摄地层变化图像，再通过图像处理技术实现地层变形计算与分析，但相机没法拍摄地层内部变化，不能实现地层内部不同位置的变形测量，测量位置具有很大局限性，难以满足实际应用需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种测量位置全面的盾构隧道模型试验地层变形的测量装置和测量方法。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，包括分布式光纤传感器、导杆垫片、位移导杆、差动式位移计和表座，所述分布式光纤传感器的两端分别与两个所述导杆垫片连接，两个所述位移导杆的一端分别与两个所述导杆垫片连接，两个所述位移导杆的另一端分别与两个所述差动式位移计的指针连接，两个所述差动式位移计分别安装在两个所述表座上。
4、作为优选，为了便于安装并使分布式光纤传感器与地层的土壤之间具有更好的变形同步性，所述盾构隧道模型试验地层变形的测量装置还包括模型箱体，所述模型箱体的相对两侧箱壁上分别设有外凸的安装部，两个所述表座分别安装在两个所述安装部上，所述分布式光纤传感器通过硅橡胶与条形的土工布固定连接后形成条形的传感器组件，所述分布式光纤传感器的两端相比所述土工布的两端内缩一部分，两个所述导杆垫片分别与所述土工布的两端粘贴连接，两个所述导杆垫片分别与两个竖向的所述位移导杆的下端焊接连接，两个所述差动式位移计的指针分别与两个所述位移导杆的上端连接，两个所述位移导杆、两个所述导杆垫片和所述传感器组件均位于所述模型箱体内，两个所述位移导杆分别靠近对应的所述安装部。
5、作为优选，为了防止土壤对位移导杆的自由移动造成影响，所述盾构隧道模型试验地层变形的测量装置还包括套管，两个所述位移导杆分别穿过两个竖向的所述套管的中心通孔，所述套管的内壁与所述位移导杆的外壁之间留有间隙。
6、作为优选，为了便于快速安装，所述表座为磁力表座并通过磁力安装在对应的所述安装部上。
7、一种盾构隧道模型试验地层变形的测量方法，包括以下步骤：
8、步骤1、在模型箱体内填充土壤，当土壤高度达到需要检测位置对应的高度后，在土壤的上方安装所述盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，并将分布式光纤传感器通过导线与模型箱体外的控制器件连接好，安装完成后，继续填充土壤至达到设计高度，然后通过加压装置对土壤施压至设定压力使其形成地层；这里的控制器件可以是单片机、处理器、电控箱等器件，只要内含微处理器芯片、具有信号处理功能即可；
9、步骤2、通过以下矩阵计算地层变形：
10、
11、其中，y1、y2…yn分别为传感器组件上与分布式光纤传感器上的某个检测点对应的某个断面的位移值，由分布式光纤传感器获得，其中y0和yn+1为土工布两端的位移值，由差动式位移计获得，n为分布式光纤传感器上的检测点数量，h为土工布的厚度，z为分布式光纤传感器的空间分辨率，ε1、ε2、ε3…εn分别为与分布式光纤传感器上的某个检测点对应的地层应变量。
12、本专利技术的有益效果在于：
13、本专利技术通过将分布式光纤传感器设于地层的土壤内，通过分布式光纤传感器上的多个检测点可以检测土壤内对应多个位置的位移量，并通过导杆垫片和位移导杆将分布式光纤传感器两端的位移传递给差动式位移计，最终通过矩阵计算得到盾构隧道模型试验地层变形的应变量，能够实现地层内部多个位置的变形测量，测量位置全面，并且测量得到的数据具有连续性、长距离的优点，能够为分析盾构隧道结构与地层之间相互作用机理提供完整的地层变形特征，而且制作方法简单，能够在短时间内制作多个测量装置，并且布置的方式便捷，大大缩短了试验元器件的布置时间，节约了试验的时间成本；本专利技术在对制作材料稍加改进的情况下可拓展至实际工程中以应用于隧道等地下结构的健康检测。
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1.一种盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，其特征在于：包括分布式光纤传感器、导杆垫片、位移导杆、差动式位移计和表座，所述分布式光纤传感器的两端分别与两个所述导杆垫片连接，两个所述位移导杆的一端分别与两个所述导杆垫片连接，两个所述位移导杆的另一端分别与两个所述差动式位移计的指针连接，两个所述差动式位移计分别安装在两个所述表座上。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，其特征在于：所述盾构隧道模型试验地层变形的测量装置还包括模型箱体，所述模型箱体的相对两侧箱壁上分别设有外凸的安装部，两个所述表座分别安装在两个所述安装部上，所述分布式光纤传感器通过硅橡胶与条形的土工布固定连接后形成条形的传感器组件，所述分布式光纤传感器的两端相比所述土工布的两端内缩一部分，两个所述导杆垫片分别与所述土工布的两端粘贴连接，两个所述导杆垫片分别与两个竖向的所述位移导杆的下端焊接连接，两个所述差动式位移计的指针分别与两个所述位移导杆的上端连接，两个所述位移导杆、两个所述导杆垫片和所述传感器组件均位于所述模型箱体内，两个所述位移导杆分别靠近对应的所述安装部。
3.
4.根据权利要求2或3所述的盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，其特征在于：所述表座为磁力表座并通过磁力安装在对应的所述安装部上。
5.一种盾构隧道模型试验地层变形的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，其特征在于：包括分布式光纤传感器、导杆垫片、位移导杆、差动式位移计和表座，所述分布式光纤传感器的两端分别与两个所述导杆垫片连接，两个所述位移导杆的一端分别与两个所述导杆垫片连接，两个所述位移导杆的另一端分别与两个所述差动式位移计的指针连接，两个所述差动式位移计分别安装在两个所述表座上。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道模型试验地层变形的测量装置，其特征在于：所述盾构隧道模型试验地层变形的测量装置还包括模型箱体，所述模型箱体的相对两侧箱壁上分别设有外凸的安装部，两个所述表座分别安装在两个所述安装部上，所述分布式光纤传感器通过硅橡胶与条形的土工布固定连接后形成条形的传感器组件，所述分布式光纤传感器的两端相比所述土工布的两端内缩一部分，两个所述导杆垫片分别与所述土...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，封坤，薛光桥，郭文琦，孙文昊，何应道，陈俊伟，王少锋，邓朝辉，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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