[实用新型]裂隙水影响下的三趾马红土隧道围岩应力测量系统

说明书

技术领域

本实用新型属于工程测量技术领域，具体涉及一种隧道应力测量系统，特别是一种裂隙水影响下的三趾马红土隧道应力的测量系统，其用于地下水位以下三趾马红土隧道施工过程中围岩应力快速准确的测量。

背景技术

受岩土体复杂性与多变性特征的影响，隧道围岩的应力场及力学行为通常比较复杂，围岩应力监测是隧道施工中的一项十分重要的工作，它是监视围岩是否稳定，判断二衬时机选取是否得当、检验支护结构是否合理的依据。目前，《铁路隧道施工规范》（TB10204—2002）中对于隧道围岩应力的监控量测仅仅涉及围岩压力，而未考虑到地下水的孔隙水压力影响。根据太沙基有效应力原理，土的总应力包含孔隙水压力与有效应力两部分，大多数隧道埋深位于地下水位以上，规范法监测基本可以满足施工要求。然而，对于埋深位于地下水位以下的特殊土隧道，如三趾马红土隧道则并不一定适用。研究表明，三趾马红土节理、裂隙发育，隧道的开挖势必引起隧道围岩的松动，裂隙进一步加大，地下水沿着节理、裂隙流动，致使围岩应力场、渗流场发生变化而重新分布。在应力场和渗流场两者的相互作用下，围岩极易产生过大的变形，甚至出现坍塌等严重事故。由此可见，孔隙水压力对三趾马红土总应力的影响是不容忽视的。因此，研究一种能够自动、快速、连续准确测量裂隙水影响下三趾马红土隧道围岩应力的测量系统是十分必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种裂隙水影响下的三趾马红土隧道围岩应力的测量系统，该系统能够快速、连续地准确测量隧道施工过程中孔隙水压力对围岩总应力的影响程度，从而能够及时准确地反馈施工过程中存在的问题，以便实时调整施工设计方案。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以解决：

一种裂隙水影响下的三趾马红土隧道围岩应力的测量系统，包括信号放大器、数据采集器、上位机、电源和8个传感器组；其中，每个所述传感器组由一个电阻式土压力盒和一个孔隙水压力传感器组成，每个电阻式土压力盒和每个孔隙水压力传感器的输出端均通过信号放大器连接数据采集器，数据采集器输出端连接上位机；所述电源连接数据采集器、信号放大器、电阻式土压力盒和孔隙水压力传感器为其供电；所述8个传感器组分别安装在三趾马红土隧道监测断面的拱顶、拱腰两侧、边墙两侧、拱脚两侧和仰拱部位；

由所述8个传感器组的电阻式土压力盒和一个孔隙水压力传感器实时采集土压力和水压力数据，采集到的数据经信号放大器发送到数据采集器，数据采集器按一定频率采集数据并将其发送到上位机，由上位机对接收到的数据进行处理。

进一步的，所述电阻式土压力盒包括铁盒体、电阻应变片、接线板和顶盖，铁盒体底面镀锌作为受力膜，铁盒体内固定有电阻应变片组成的桥式电路和接线板，电阻应变片组成的桥式电路紧贴铁盒体内底面，所述接线板位于电阻应变片组成的桥式电路的上方；电阻应变片组成的桥式电路通过接线板由信号线引出铁盒体，在铁盒体顶部安装有顶盖。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型的测量装置和方法将孔隙水压力纳入了监测内容，全面考虑裂隙水对隧道围岩应力的影响，弥补了现有技术中未考虑裂隙水影响所引起的测量结果不准确的缺陷，更加符合工程实际，且能够根据实时检测结果及时准确地调整后期施工方案。

（2）采用多个高精度土压力、孔隙水压力监测元件，将它们埋设在位置固定的拱顶、拱腰两侧、边墙两侧、拱脚两侧和仰拱部位的监测点上，全方位地覆盖检测区域，且准确监测目标点的围岩应力、孔隙水压力。

（3）采集速度快，采样速度可达5000次/S，可连续地反馈裂隙水影响下三趾马红土隧道围岩应力、孔隙水压力变化规律，为实时调整施工方案提供依据。

（4）本实用新型的装置结构简单，操作简单，安装、使用方便。

附图说明

图1是本实用新型的测量系统的连接框图。

图2是电阻式土压力盒的结构示意图。

图3是监测元件布设图。

图4是本实用新型的实施例的一个电阻式土压力盒的标定及拟合标定曲线。

图5是本实用新型的实施例中一个孔隙水压力传感器的标定及拟合标定曲线。

图6是本实用新型的实施例中围岩应力时态曲线。

图7是本实用新型的实施例中孔隙水压力时态曲线。

图8是本实用新型的实施案例中有效应力时态曲线。

图中标号：1、受力膜，2、电阻应变片，3、接线板，4、信号线，5、顶盖，6、铁盒体。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步解释说明。

具体实施方式