[实用新型]一种隧道衬砌围岩相互作用的教学模型

说明书

本实用新型涉及隧道工程教学模型领域，具体涉及一种隧道衬砌围岩相互作用的教学模型，包括模型主体和监测装置，模型主体包含用于盛装填充料的模型箱，所述模型箱上开设有模拟隧道的模型孔，该模型孔贯通模型箱前后壁，在所述模型孔上布置有用于模拟隧道衬砌结构的支护结构，所述模型箱的顶部设有用于灌注填充料的进料口，所述监测装置包括安装在模型箱内的测量模块，用于测量填充料的松动位移和应力，通过在布置好的模型主体内装入填充料的方式，模拟出隧道施工过程中衬砌围岩的相互作用，并根据布置在模型主体内的测量模块准确测量到填充料的状态参数，从而准确地了解到整个隧道长度范围内衬砌围岩的受力变形情况。

技术领域

本实用新型涉及隧道工程教学模型领域，特别是一种隧道衬砌围岩相互作用的教学模型。

背景技术

近年来，随着我国基础设施建设的大力发展，城市地下空间开发作为新兴产业在国民经济中发挥越来越重要的作用，我国大部分大中型城市均在修建城市地铁或轻轨工程。城市地下空间开发的蓬勃发展必然导致专业人才需求与日俱增，截止目前，我国开办城市地下空间工程专业及土木工程（地下工程）专业高校已达到40多所。

在城市地下空间工程专业及土木工程专业教学过程中，隧道工程作为比较常见的一门学科，比较好的教学方式为演示教学，让学生非常直观清晰地了解到衬砌受力、支撑支护和围岩变形等一系列的过程和机理。然而，由于受到各方面条件的限制，很多学校视演示教学为包袱，演示教学由此在整个培养方案中的比例极其低微，即使有些高校在隧道工程专业教学过程中使用演示教学，也只限于一些动画演示和二维试验演示，导致现有的相关产品无法满足演示教学要求。

鉴于演示教学在整个培养方案中占据重要地位，它的缺失不利于学生对知识的综合利用与融会贯通，与实际工程脱节，导致人才培养不能体现新时代城市地下空间开发的特征，人才培养质量也不能完全满足社会发展和用人单位的需要。因此，对我国高等学校城市地下空间工程以及土木工程（地下工程）专业而言，在工程隧道类及相关专业课程中推行教学模型进行演示教学势在必行，开发出满足需求的教学模型更是刻不容缓。

在隧道施工过程中，隧道施工设计支撑措施及评价该支撑措施对相邻结构的影响都是根据经验判断。例如，隧道衬砌通常是根据经验设计得到，因为它不像其它的混凝土结构能够精确设计，而在教学过程中，很难让学生了解到隧道衬砌围岩的相互作用过程，衬砌围岩和支护结构的受力、变形情况更是难以理解和观察，而传统的衬砌模型只能进行二维衬砌试验，只能通过衬砌试验了解到隧道某一截面上衬砌围岩和支护结构的受力变形情况。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对在教学过程中学生难以理解隧道衬砌围岩的相互作用过程，而传统的二维衬砌模型只能进行二维衬砌试验，导致无法观察到整个隧道长度范围内衬砌围岩的受力变形情况的问题，提供一种隧道隧道衬砌围岩相互作用的教学模型，该教学模型包括立体结构的模型主体，通过在布置好的模型主体内装入填充料的方式，模拟出隧道施工过程中衬砌围岩的相互作用，并根据布置在模型主体内的测量模块准确测量到填充料的状态参数，从而准确地了解到整个隧道长度范围内衬砌围岩的受力变形情况。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种隧道衬砌围岩相互作用的教学模型，包括模型主体和监测装置，其中：

所述模型主体包含用于盛装填充料的模型箱，所述模型箱上开设有模拟隧道的模型孔，该模型孔贯通模型箱前后壁，在所述模型孔上布置有用于模拟隧道衬砌结构的支护结构，所述模型箱的顶部设有用于灌注填充料的进料口；

所述监测装置包括安装在模型箱内的测量模块，用于监测填充料的松动位移和应力。

通过在模型孔上布置支护结构，将模型主体组装并调试好支护结构的参数后盛装填充料，使填充料对该教学模型进行加载，这种先进行支护，后进行加载的方式，能使围岩和支护结构的受力、变形与实际情况更为符合。