一种简易隧道衬砌实验教学装置

1.本实用新型涉及隧道及地下工程实验教学技术领域，具体为一种简易隧道衬砌实验教学装置。


背景技术：

2.我国近年来隧道里程数量及地下工程数量增加较快，因此对从事隧道及地下工程专业人才需求较大，因此有必要对相应的隧道及地下工程结构物的基本受力、变形等安全性监测等内容引起高度重视。由于课程内容的实践性较强，受课堂教学的局限，相应的实验教学内容无法有效展现，因此需要相应的辅助实验教学手段来辅助教学。
3.现场教学由于受到隧道施工环境、交通运输、安全保障以及实习经费的限制，因此采用模型实验装置教学具有重要意义，通过对隧道各不同部位围岩受力的改变，了解隧道衬砌应力大小及方向的变化以及对隧道衬砌体变形的测试可清楚了解隧道在不同受力情况下的各参数变化，对学生今后参与实际工作时会具有清晰的隧道及地下工程的工程概念。
4.现有的隧道实验教学装置存在的缺陷是：
5.1、现有的隧道实验教学装置在对隧道进行结构教学时，不能够有效进行围岩变化模拟，进而不方便对装置内部的压力和应力大小等数据进行实验，无法具体形象的对隧道的工作状态进行展示，从而降低了装置对于隧道衬砌实验教学的效果；
6.2、现有的隧道实验教学装置在使用时与实际的隧道工程结构相差较大，无法对学生进行隧道衬砌体的整体应力变化和位移变形及轮廓的收敛改变进行实验学习与练习，并且传统的教学装置在搭建时较为繁琐，不方便学生自行进行实验。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种简易隧道衬砌实验教学装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种简易隧道衬砌实验教学装置，包括配重砝码、外边框、衬砌体和套管，所述外边框由角钢焊接而成，所述外边框的内部安装有衬砌体，所述衬砌体外表面安装有衬砌围护体，所述外边框与衬砌围护体之间填充有填充物，所述外边框的底部安装有底板，所述衬砌体的底部安装有固定底座，所述固定底座的底部两侧安装有调节块，所述衬砌体的两侧安装有延伸出外边框的套管，所述套管的内部安装有延伸出的延长杆，所述延长杆的一端安装有位移计，所述外边框与衬砌围护体之间填满填充物后将配重砝码放置填充物上方。
9.优选的，所述外边框的两侧安装有机玻璃侧挡板，外边框前后两端安装有机玻璃前后挡板，所述有机玻璃侧挡板上设置有若干预留孔洞，所述有机玻璃前后挡板设有隧道通孔。
10.优选的，所述衬砌体的两侧安装有若干组固定螺栓，所述固定螺栓与套管套接活
动相连。
11.优选的，所述底板的底部安装有防滑垫，且底板与外边框通过螺栓固定连接。
12.优选的，所述位移计与百分表架固定连接。
13.优选的，所述外边框两侧均设置有位移计与百分表架。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.1、本实用新型当外边框与衬砌围护体之间填满填充物后配重砝码放置填充物上方，能够通过配重砝码的增减模拟围岩的变化，进而能够对隧道衬砌模型体施加不同的外荷载，通过安装在隧道衬砌体外侧与围护体之间的应变花可测试隧道衬砌体上应力的大小及方向的不同变化情况，利用土压力盒了解所施加的土压力的大小以及测试套管及测试延长杆装置可有效了解衬砌体的变形及收敛情况。
16.2、本实用新型通过在外边框的内部安装有填充物，能够通过对隧道衬砌体模型底部填充物及调节块的增减，进而可模拟隧道衬砌体坡度走向的变化，相应可对不同坡度情况下的隧道衬砌体的参数变化进行教学实验测试，实验测试变化与实际工程情况一致，所产生的变化也与现实工程非常吻合，通过简单的加载，即可对隧道衬砌体的整体应力变化和位移变形及轮廓的收敛改变进行实验学习与练习。
附图说明
17.图1为本实用新型的三维内部结构示意图；
18.图2为本实用新型的三维立体结构示意图；
19.图3为本实用新型的正面内部全填充结构示意图；
20.图4为本实用新型的正面内部半填充结构示意图。
21.图中：1、配重砝码；2、外边框；201、填充物；202、有机玻璃前后挡板；203、有机玻璃侧挡板；204、预留孔洞；3、衬砌体；301、调节块；302、固定底座；303、固定螺栓；304、衬砌围护体；4、底板；401、防滑垫；5、套管；501、延长杆；502、位移计；503、百分表架。
具体实施方式
22.下文结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。
23.实施例一
24.如图1-4所示，本实用新型提出的一种简易隧道衬砌实验教学装置，包括配重砝码1、外边框2、衬砌体3和套管5，所述外边框2的内部安装有衬砌体3，所述衬砌体3外表面安装有衬砌围护体304，衬砌围护体304是模拟施工过程中初衬的作用，并对衬砌体3的受力起到一个缓冲和均匀受力的作用，所述外边框2与衬砌体3之前填充有填充物201，所述外边框2的底部安装有底板4，所述外边框2顶部配置有配重砝码1，所述衬砌体3的底部安装有固定底座302，所述固定底座302的底部四角安装有调节块301，所述衬砌体3的两侧安装有延伸出外边框2的套管5，所述套管5的内部安装有延伸出的延长杆501，所述延长杆501的一端安装有位移计502。
25.基于实施例一的简易隧道衬砌实验教学装置工作原理是：通过外边框对装置内部的组件提供安装的位置后，将剩余组件固定安装于指定位置，当装置内部填充入填充物，此时填充体上表面加载配重砝码，通过对配重砝码进行施加，并且对配重砝码的数量和重量
进行调节，使衬砌体受到配重砝码施加给填充体的间接压力，利用套管内的延长杆对位移计作用使其产生数据，进而对衬砌体受到的位移及收敛进行检测。
26.实施例二
27.如图3-4所示，装置内的衬砌体3可采用不填充(模拟明洞)、采用半填充(模拟单侧围岩作用隧道)或全填充(模拟全掩埋隧道作用)。测试相应的隧道应力变化、土压力作用变化、隧道衬砌体的变形以及隧道收敛变化情况。
28.上述具体实施例仅仅是本实用新型的几种优选的实施例，基于本实用新型的技术方案和上述实施例的相关启示，本领域技术人员可以对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合。
29.上面结合附图对本专利进行了示例性的讲解与描述，但在具体实施时并不受上述方法的限制，只要采取本专利的构思和技术方案所进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均属于在本专利的保护范围之内。


技术特征：
1.一种简易隧道衬砌实验教学装置，包括配重砝码(1)、外边框(2)、衬砌体(3)和套管(5)，其特征在于：所述外边框(2)由角钢焊接而成，所述外边框(2)的内部安装有衬砌体(3)，所述衬砌体(3)外表面安装有衬砌围护体(304)，所述外边框(2)与衬砌围护体(304)之间填充有填充物(201)，所述外边框(2)的底部安装有底板(4)，所述衬砌体(3)的底部安装有固定底座(302)，所述固定底座(302)的底部两侧安装有调节块(301)，所述衬砌体(3)的两侧安装有延伸出外边框(2)的套管(5)，所述套管(5)的内部安装有延伸出的延长杆(501)，所述延长杆(501)的一端安装有位移计(502)，当外边框(2)与衬砌围护体(304)之间填满填充物(201)后将配重砝码(1)放置填充物(201)上方。2.根据权利要求1所述的一种简易隧道衬砌实验教学装置，其特征在于：所述外边框(2)的两侧安装有机玻璃侧挡板(203)，外边框(2)前后两端安装有机玻璃前后挡板(202)，所述有机玻璃侧挡板(203)上设置有若干预留孔洞(204)，所述有机玻璃前后挡板(202)设有隧道通孔。3.根据权利要求1所述的一种简易隧道衬砌实验教学装置，其特征在于：所述衬砌体(3)的两侧安装有若干组固定螺栓(303)，所述固定螺栓(303)与套管(5)套接活动相连。4.根据权利要求1所述的一种简易隧道衬砌实验教学装置，其特征在于：所述底板(4)的底部安装有防滑垫(401)，且底板(4)与外边框(2)通过螺栓固定连接。5.根据权利要求1所述的一种简易隧道衬砌实验教学装置，其特征在于：所述位移计(502)与百分表架(503)固定连接。6.根据权利要求5所述的一种简易隧道衬砌实验教学装置，其特征在于，所述外边框(2)两侧均设置有位移计(502)与百分表架(503)。

技术总结
本实用新型涉及隧道及地下工程实验教学技术领域，尤其涉及一种简易隧道衬砌实验教学装置。其技术方案包括：包括配重砝码、外边框、衬砌体和套管，所述外边框由角钢焊接而成，所述外边框的内部安装有衬砌体，所述衬砌体外表面安装有衬砌围护体，所述外边框与衬砌围护体之间填充有填充物。本实用新型当配重砝码放置填充物上方，通过配重砝码的增减模拟围岩的变化，进而能够对隧道衬砌模型体施加不同的外荷载，通过安装在隧道衬砌体外侧与围护体之间的应变花可测试隧道衬砌体上应力的大小及方向的不同变化情况，利用土压力盒了解所施加的土压力的大小以及测试套管及测试延长杆装置可有效了解衬砌体的变形及收敛情况。有效了解衬砌体的变形及收敛情况。有效了解衬砌体的变形及收敛情况。


技术研发人员：徐家林 张维科 田建锦 韦民庄 欧嘉祥 李丙森 罗洪 陈冠宇
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/8/2