[發明專利]模擬城市高密集區地面長期沉降的模型實驗裝置

有效

• 申請號: 201711486022.3
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108362856B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 鄒寶平;李勇強;李萬薄;羅戰友;李健;馮昱;胡斌武;劉靜娟;何靜;陶燕麗
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院;新疆大學科學技術學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01C5/00
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明提供一種應用于列車振動和施工荷載耦合條件下的模擬城市高密集區地面長期沉降的模型實驗裝置，屬于城市地下工程防災減災和地面沉降地質災害技術領域。本發明提供的模型實驗裝置包括組合模型系統、土層系統、激振系統、傳感系統、推進系統、加壓系統、地表密集建筑系統、管廊系統、隧道系統。該模型實驗裝置能定量化精確模擬高密集建筑群區地鐵運營車輛振動荷載和隧道施工荷載耦合作用誘發的地面長期沉降；能準確模擬高密集建筑群區下穿管廊運營誘發的土體長期沉降；具有環境模擬逼真度高的特點，能全天候觀測地面長期沉降的緩慢形變過程，能準確模擬隧道內列車往復振動引起的地面長期沉降，使實驗數據準確可靠、實驗成本低。

技術領域

本發明屬于城市地下工程防災減災和地面沉降地質災害技術領域，尤其是涉及一種模擬列車振動和施工荷載耦合下的城市高密集區地面長期沉降模型實驗裝置。

背景技術

城市高密集區是整個城市的商業中心、金融貿易中心、娛樂中心、文化中心，是城市人流的匯集點，往往也是地鐵運營最集中的區域。地鐵運營一段時間后，由于受列車振動荷載引起的地基土振陷、隧道建設期地基土未完成的固結變形、隧道鄰近范圍的密集建(構)筑物、隧道所處地層水位變化等因素的影響，會導致地面長期沉降，引發隧道滲漏水、隧道裂縫及損壞、危及鄰近建(構)筑物、樁基和地下管線，以及嚴重影響軌道的平順性，使輪軌系統的相互作用力增大，增大隧道結構的振動，影響貼近地鐵隧道或其上方建筑物的振動和噪聲，影響乘客的乘坐舒適度。

現有地鐵運營引發地面沉降的模型實驗研究，主要是針對地鐵運營引起的工后短期沉降，沒有考慮工后長期沉降，也沒有考慮城市高密集建筑群的影響。由于，對地鐵運營和隧道施工荷載耦合作用誘發地面長期沉降的研究涉及極少，特別是涉及城市高密集區隧道群上方有管廊作用的土體沉降模型實驗研究極少；因此，如何定量化對城市高密集區地鐵運營時列車振動與隧道施工荷載耦合下誘發的土體長期沉降進行研究，關系到城市地下工程的安全和城市人流匯集點人民的生命財產安全，對城市工程防災減災和防治地面沉降災害具有重要意義。

中國專利CN104390629B公開了一種確定地鐵運營列車動荷載與隧道長期沉降的方法，包括步驟：第一步，確定地鐵運營列車軸動荷載；第二步，建立荷載-鋼軌-扣件-隧道-地基力學耦合模型，確定單次列車對下方土體的加載大小及加載次數；第三步、建立二維有限元模型，依次進行隧道開挖、列車荷載加載分析步，確定隧道下方土體的初始偏應力和列車荷載引起的動偏應力；第四步、根據上述步驟的結果，確定隧道下方土體累積塑性應變；第五步、確定列車荷載引起的隧道累積沉降量，并繪制隧道沉降曲線。該專利主要是基于二維有限元模型研究地鐵運營列車動荷載與隧道長期沉降量，沒有涉及利用模型試驗對地面長期沉降進行研究，沒有考慮地面高密集建筑群的影響，也沒有考慮列車振動和施工荷載耦合作用誘發的地面長期沉降。

發明內容

本發明的目的在于，克服上述現有技術的不足，提供一種模擬列車振動和施工荷載耦合下的城市高密集區地面長期沉降的模型實驗裝置，該模型實驗裝置具有實驗數據準確可靠、環境模擬逼真度高、實驗成本低、觀測時間長等特點。

為了實現上述目標，本發明提供了如下技術方案：

一種模擬列車振動和施工荷載耦合下的城市高密集區地面長期沉降的模型實驗裝置，包括：組合模型系統、土層系統、激振系統、傳感系統、推進系統、加壓系統、地表密集建筑系統、管廊系統、隧道系統。

組合模型系統，包括：第一側面、第二側面、第三側面、第四側面、第五側面、預留洞口一、預留洞口二、預留洞口三、預留洞口四、預留洞口五、預留洞口六、預留洞口七、預留洞口八、預留洞口九、預留洞口十、預留洞口十一、預留洞口十二。

土層系統，包括：第一土層、第二土層、第三土層、第四土層。

激振系統，包括：一號激振器、二號激振器、三號激振器、激振數據采集器、激振導線。