[发明专利]基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置

权利要求书

1.基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置，其特征在于：包括柔性隧道结构、激光发射系统、测量与数据采集系统；所述的柔性隧道结构模拟隧道垂直、水平位移和平面扭转；所述的激光发射系统用于向柔性隧道结构内发射十字激光束(211)；所述的测量与数据采集系统用于观测十字激光束(211)投影位置变化，根据柔性隧道结构中端头井(11)垂直位移计算柔性隧道结构最终变形；

所述的柔性隧道结构用于模拟隧道结构，包括两个端头井(11)、若干个分段管片(12)、若干个接头(13)；所述的两个端头井(11)位于整个柔性隧道结构两端，为上开口箱状结构，中下部侧壁设有预留出口(14)，可与分段管片(12)密闭连接，端头井(11)内固定安装垂直位移测量平台(15)；所述的若干个分段管片(12)为管状结构，具有防水、抗压性能，并能实现水平、垂直位移和扭转变形；所述的若干个接头(13)用于将若干个分段管片(12)之间密闭连接；

所述的激光发射系统包括两个十字激光发射器(21)、两个支架(22)、导线(23)、直流电源(24)；所述的两个十字激光发射器(21)分别通过两个支架(22)固定安装在两个端头井(11)底部，两个十字激光发射器(21)发射的十字激光束(211)正好通过预留出口(14)射入柔性隧道结构；所述的直流电源(24)与两个十字激光发射器(21)之间通过导线(23)连接，用于两个十字激光发射器(21)的供电与开关控制；

所述的测量与数据采集系统包括若干块位移测量板(31)、若干个内窥摄像头(32)、两个位移传感器(33)、磁性表座(34)、数据线(35)、控制电脑(36)；所述的若干块位移测量板(31)由三种不同遮挡的刻度板组成，分别安装在若干个接头(13)内用于接收十字激光束(211)照射；所述的若干个内窥摄像头(32)贯穿安装在分段管片(12)侧壁，拍摄安装在接头(13)内的位移测量板(31)；所述的两个位移传感器(33)顶部通过磁性表座(34)与外部稳定位置固定，探针与垂直位移测量平台(15)连接，用于测量两个端头井(11)的垂直位移；所述的控制电脑(36)与若干个内窥摄像头(32)、两个位移传感器(33)之间通过数据线(35)连接，用于上述设备的供电、开关控制、数据采集；

所述的柔性隧道结构最终变形量按照下式计算：

X＝x_i-x₀

Y＝y_i-y₀+h_i-h₀

R＝Φ_i-Φ₀

式中：X为最终水平位移量、Y为最终垂直位移量、R为最终平面扭转量、x₀为初始时刻十字激光束(211)投影交点水平位置、y₀为初始时刻十字激光束(211)投影交点垂直位置、Φ₀为初始时刻十字激光束(211)与位移测量板(31)相对角度、h₀为初始时刻十字激光束(211)发射端对应端头井(11)垂直位移量、x_i为i时刻十字激光束(211)投影交点水平位置、y_i为i时刻十字激光束(211)投影交点垂直位置、Φ_i为i时刻十字激光束(211)与位移测量板(31)相对角度、h₀为i时刻十字激光束(211)发射端对应端头井(11)垂直位移量；

所述的测量与数据采集系统，若干块位移测量板(31)由若干块微遮光刻度板(311)、若干块半遮光刻度板(312)、若干块全遮光刻度板(313)组成，三个不同刻度板为一组，沿激光发射方向依次安装。