[發明專利]用于隧道-滑坡體系的振動臺試驗系統及其制作方法

在審

• 申請號: 202010136781.2
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111238751A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 吳紅剛;雷浩;龐偉軍;楊昊天;牌立芳;董占林
• 申請（專利權）人: 中鐵西北科學研究院有限公司
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01N3/32
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 王巧麗

本發明公開了一種用于隧道?滑坡體系的振動臺試驗系統及其制作方法，試驗系統包括U型鋼板、有機玻璃板及鋼板制成頂面敞開的可視化模型箱，箱內右側壁設置聚苯乙烯泡沫板，箱內填筑圍巖材料并修筑坡體，坡體下設置滑帶，圍巖材料內部水平埋設兩個立體交叉的隧道模型，隧道模型周圍布設若干加速度傳感器和動態應變片，坡體坡面上、滑帶上下兩側及圍巖材料內布設若干加速度傳感器和動態土壓力計。本發明提供的振動臺試驗系統可全方位動態監測隧道?滑坡體系中隧道襯砌、隧道整體及周邊圍巖的動力響應情況及應變響應變化，掌握不同工況下隧道襯砌及周邊圍巖的動力響應情況，不僅節約成本，而且對隧道及邊坡的動力響應情況能進行同階段監測與分析。

技術領域

本發明屬于振動臺試驗手段技術領域，尤其涉及一種用于隧道-滑坡體系的振動臺試驗系統及其制作方法。

背景技術

隨著我國高速鐵路在西部地區的大規模建設，因西部地區地形的特殊性，隧道在線路中所占的比例越來越高，洞口隧道在滑坡作用下產生的病害也越來越嚴重。但我國目前在隧道-洞口滑坡體系中還沒有可供參考的受力變形模式，特別是對于隧道-滑坡體系的研究更是一片空白。在地震荷載作用下，隧道結構同一時刻往往受到入射、反射、繞射等多種地震波的激振，相互之間影響較大，由于圍巖之間的相互影響，交叉段容易成為整條隧道最為薄弱的區段。另外，洞口隧道在滑坡與地震荷載共同作用下，可能會導致非常嚴重的后果發生。

在我國斷裂發育、地震活躍的地質背景下，隧道-滑坡的抗震問題日益突出，因此深入研究不同地震激勵作用下隧道-滑坡的動力響應特性，對于正確指導震區隧道的設計、施工和運營維護具有重要的現實意義。

在已有隧道動力響應研究成果中，研究手段主要為理論分析和數值模擬，雖然數值模擬可以對隧道的動力響應分析，但其模型建立復雜且無法完全滿足實際需要，另外模型計算及分析需要花費大量的時間，同時，若建模參數選擇不恰當，可能會導致模擬失敗；對于理論分析而言，其往往都是在大量假設的前提下對模型進行簡化，在一定程度上無法完全還原實際工程，分析計算誤差較大，一般只能作為參考。而對于隧道結構抗震性能研究最優選的辦法就是采用振動臺試驗方法，該方法可以再現以往的地震過程或者加載人工地震波，是研究結構動力特性、破壞機理、抗震措施最直接的途徑。但目前針對隧道振動臺試驗研究分析的成果較少，且對于隧道圍巖監測的途徑較為單一，也未有較為系統的全面監測方法。

發明內容

針對上述背景技術中指出的不足，本發明提供了一種用于隧道-滑坡體系的振動臺試驗系統及其制作方法，旨在解決上述背景技術中現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于隧道-滑坡體系的振動臺試驗系統，包括可視化模型箱，所述可視化模型箱的框架由U型鋼板制成，所述框架的前后側面為U型鋼板制成的網格狀，并在前后側面的網格狀U型鋼板上固定有機玻璃板，所述框架的左右側面及底面固定鋼板，且左側鋼板低于框架高度，框架的頂面敞開，所述框架的右側面鋼板內側設置聚苯乙烯泡沫板；所述可視化模型箱內填筑有圍巖材料，并在可視化模型箱內左側修筑坡體，所述坡體下設置模擬滑坡的滑帶；所述可視化模型箱內的圍巖材料中水平埋設兩個立體交叉放置的隧道模型，所述隧道模型周圍布設有若干加速度傳感器和若干動態應變片，所述坡體坡面上、滑帶上下兩側及圍巖材料內布設有若干加速度傳感器和動態土壓力計。

優選地，所述可視化模型箱中兩隧道模型的交叉角度為0-90°。

優選地，所述可視化模型箱中的一個隧道模型前后橫穿圍巖材料放置，且前后橫穿放置的隧道模型的兩端洞口位于圍巖材料的邊界處，并在兩端洞口處設置聚苯乙烯泡沫板；所述可視化模型箱中的另一個隧道模型立體交叉埋設于前后橫穿放置的隧道模型的上方，并且上方隧道模型的一端洞口穿出所述坡體，另一端洞口置于圍巖材料內部且朝向可視化模型箱右側的聚苯乙烯泡沫板。

優選地，所述可視化模型箱中兩個隧道模型正交放置，且前后橫穿放置的隧道模型與可視化模型箱的前后側面垂直。