[發(fā)明專利]一種模擬巖溶地區(qū)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖溶覆土塌陷的模型試驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610003141.8
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN105628893B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建秀;劉笑天;宋東升;殷堯;吳林波;鄧沿生
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31290
• 代理人: 葉鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地質(zhì)工程、巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種模擬巖溶地區(qū)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖溶覆土塌陷的模型試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

近年來，國內(nèi)已有較多地鐵修建于淺埋巖溶發(fā)育區(qū)，列車振動(dòng)不僅是巖溶覆土塌陷的致塌因素，其造成的危害也是極大的。地鐵線路往往修建在建筑密集的城市繁華區(qū)域，是城市建設(shè)的重要組成部分，地鐵車輛振動(dòng)可能對(duì)城市淺埋巖溶產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，直接影響軌道交通沿線安全。目前，對(duì)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖土體變形的研究主要集中于非巖溶土體隧道，有關(guān)巖溶地鐵模擬隧道的研究工作主要集中于建設(shè)期，對(duì)于淺埋巖溶覆土是否會(huì)因振動(dòng)而塌陷以及潛在的塌陷模式和特征都認(rèn)識(shí)不深，相關(guān)研究亟待開展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述技術(shù)缺陷而提供的一種模擬巖溶地區(qū)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖溶覆土塌陷的模型試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種模擬巖溶地區(qū)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖溶覆土塌陷的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，本發(fā)明涉及內(nèi)容包括主體結(jié)構(gòu)、激振系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。

所述的主體結(jié)構(gòu)包括模型箱、地鐵模擬隧道及構(gòu)成地下巖溶結(jié)構(gòu)的灰?guī)r模擬材料、巖溶空腔、巖溶漏斗和巖溶覆土。所述的模型箱主體框架由角鋼焊接而成，正面面板由有機(jī)玻璃組成，背面、側(cè)面、底部面板由鋼板組成；所述的地鐵模擬隧道由石膏+玻璃纖維混合材料制成；所述的灰?guī)r模擬材料由石膏制成；所述的巖溶空腔、巖溶漏斗將根據(jù)實(shí)際巖溶結(jié)構(gòu)由灰?guī)r模擬材料堆砌而成；所述的巖溶覆土采用巖溶地區(qū)采集的天然黏土。

所述的激振系統(tǒng)包括地鐵模擬隧道內(nèi)設(shè)置的電磁激振器和外部的激振控制器。所述的電磁激振器需按照地鐵軌道模式安裝到地鐵模擬隧道中，用以模擬地鐵列車運(yùn)行過程中與軌道之間產(chǎn)生的豎向振動(dòng)；所述的激振控制器可控制各電磁激振器激振頻率、強(qiáng)度及時(shí)間。

所述的測量系統(tǒng)包括加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、土體稱重裝置及攝像機(jī)。所述的加速度傳感器設(shè)置在巖溶漏斗附近灰?guī)r模擬材料中，用以測量巖溶漏斗附近灰?guī)r模擬材料中兩向加速度(水平加速度、豎直加速度)；所述的數(shù)據(jù)采集儀用以采集、記錄加速度傳感器測量數(shù)據(jù)；所述的土體稱重裝置設(shè)置在巖溶空腔底部、巖溶漏斗正下方，用以測量從巖溶漏斗中掉落黏土的質(zhì)量；所述的攝像機(jī)正對(duì)模型箱正面并與模型箱保持同步運(yùn)動(dòng)，用以觀察記錄黏土塌陷過程及黏土表面變形。

通過地鐵模擬隧道內(nèi)激振裝置模擬地鐵振動(dòng)，通過加速度傳感器測量巖溶漏斗處振動(dòng)加速度，利用土體稱重裝置測量掉落土體質(zhì)量，根據(jù)攝像記錄觀察地表變形過程。本方法適用于地質(zhì)工程、巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，能夠揭示巖溶地區(qū)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖溶覆土塌陷機(jī)理及地面沉降規(guī)律。

綜上，本發(fā)明方法原理為：采用模型試驗(yàn)手段，利用電磁激振器模擬地鐵列車運(yùn)行過程中與軌道之間產(chǎn)生的豎向振動(dòng)，通過加速度傳感器、稱重裝置和攝像機(jī)記錄振動(dòng)過程中巖溶覆土塌陷全過程，揭示巖溶地區(qū)地鐵振動(dòng)引發(fā)巖溶覆土塌陷機(jī)理及地面沉降規(guī)律。

具體實(shí)施中，需首先將電磁激振器按照地鐵軌道模式安裝到地鐵模擬隧道中，在模型箱下部裝填灰?guī)r模擬材料，將安裝好電磁激振器的地鐵模擬隧道裝入模型箱，繼續(xù)向模型箱中裝填灰?guī)r模擬材料，需保證灰?guī)r模擬材料與地鐵模擬隧道之間緊密連接，在裝填灰?guī)r模擬材料的過程中設(shè)置巖溶空腔和巖溶漏斗，其中排土出口及稱重裝置設(shè)置在巖溶空腔底部、巖溶漏斗正下方，在巖溶漏斗附近灰?guī)r模擬材料中安裝加速度傳感器，將黏土填埋在灰?guī)r模擬材料上方，要求黏土在巖溶漏斗處封底，將電磁激振器與激振控制器連接、加速度傳感器與數(shù)據(jù)采集儀連接。待模型箱中灰?guī)r模擬材料與黏土固結(jié)穩(wěn)定后，通過激振控制器啟動(dòng)地鐵模擬隧道中的電磁激振器模擬地鐵振動(dòng)，通過加速度傳感器測量巖溶漏斗附近灰?guī)r模擬材料中兩向加速度，利用排土出口及稱重裝置測量從巖溶漏斗中掉落黏土的質(zhì)量，根據(jù)攝像機(jī)觀察記錄黏土塌陷過程及黏土表面變形。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)。

圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖1中，1模型箱，2地鐵模擬隧道，3灰?guī)r模擬材料，4巖溶空腔，5巖溶漏斗，6黏土，7電磁激振器，8激振控制器，9加速度傳感器，10數(shù)據(jù)采集儀，11排土出口及稱重裝置，12攝像機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

具體實(shí)施例中，如圖1所示，首先將電磁激振器7按照地鐵軌道模式安裝到地鐵模擬隧道2中，在模型箱1下部裝填灰?guī)r模擬材料3，將安裝好電磁激振器7的地鐵模擬隧道2裝入模型箱1，繼續(xù)向模型箱1中裝填灰?guī)r模擬材料3，需保證灰?guī)r模擬材料3與地鐵模擬隧道2之間緊密連接，在裝填灰?guī)r模擬材料3的過程中設(shè)置巖溶空腔4和巖溶漏斗5，其中排土出口及稱重裝置11設(shè)置在巖溶空腔4底部、巖溶漏斗5正下方，在巖溶漏斗5附近灰?guī)r模擬材料3中安裝加速度傳感器9，將黏土6填埋在灰?guī)r模擬材料3上方，要求黏土6在巖溶漏斗5處封底，將電磁激振器7與激振控制器8連接、加速度傳感器9與數(shù)據(jù)采集儀10連接。待模型箱1中灰?guī)r模擬材料3與黏土6固結(jié)穩(wěn)定后，通過激振控制器8啟動(dòng)地鐵模擬隧道2中的電磁激振器7模擬地鐵振動(dòng)，通過加速度傳感器9測量巖溶漏斗5附近灰?guī)r模擬材料3中兩向加速度，利用排土出口及稱重裝置11測量從巖溶漏斗5中掉落黏土6的質(zhì)量，根據(jù)攝像機(jī)12觀察記錄黏土6塌陷過程及黏土6表面變形。