[發明專利]一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010864769.3
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111879536A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 邵珠山;伍翔飛
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01M17/08
• 分類號: G01M17/08;G01M7/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置，其特征在于，包括模型箱、隧道模型、載荷加載設備、傳感器組和動態信號測試分析系統；

所述模型箱內填充土體，隧道模型埋置于模型箱內部的土體中，隧道模型中設置載荷加載設備，所述載荷加載設備包括剛性橫梁和位于剛性橫梁下的若干個激振器；隧道模型中布置有應變片，土體中布置有傳感器組，動態信號測試分析系統連接傳感器組，應變片和傳感器組連接至動態信號測試分析系統；

通過各激振器的等時間間隔加載模擬列車在隧道模型內的移動加載效應，動態信號測試分析系統獲取應變片監測隧道模型襯砌結構及傳感器組監測土體在地鐵隧道列車振動荷載作用下的動力響應，得到隧道埋深及土體含水率對地鐵隧道列車運營振動的影響。

2.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置，其特征在于，所述模型箱由三角形鋼架和鋼化玻璃拼裝而成，鋼化玻璃內部貼附有吸振材料。

3.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置，其特征在于，所述隧道模型由鋼筋混凝土整體澆筑形成襯砌結構與道床結構，襯砌結構進行環向切縫，模擬實際工程中盾構管片的螺栓連接接觸。

4.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置，其特征在于，所述剛性橫梁通過兩端鋼結構立柱支撐貫穿于隧道模型，若干個激振器等間距懸掛固定于剛性橫梁上，激振器上端與剛性橫梁固定，下端與隧道模型道床結構頂面相接觸。

5.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置，其特征在于，所述傳感器組包括位移傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器，位移傳感器埋設于隧道模型底部土體中，加速度傳感器埋設于隧道模型上覆土體及地表中，壓力傳感器固定于激振器底部。

6.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗裝置，其特征在于，所述動態信號測試分析系統包括數字信號發生器、功率放大器、動態信號采集儀和電腦，動態信號采集儀分別連接激振器和數字信號發生器，數字信號發生器依次連接功率放大器和電腦。

7.一種基于權利要求1-6任一項所述裝置的模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，在模型箱中模擬地鐵隧道列車運營振動地層環境，配置不同含水率的土體；

S2，將隧道模型埋置于模型箱內部的土體中，通過電腦設置若干個等時間間隔的列車荷載信號，若干個激振器對隧道模型道床結構施加若干個列車載荷，壓力傳感器將監測信號同步傳遞至動態信號采集儀，并由控制電腦對該載荷監測信號進行交互式顯示；

S3，當試驗所加列車載荷與試驗標準載荷偏差較大時，電腦對該誤差進行調整，重復步驟S2，直到誤差滿足要求，即完成試驗載荷振動試驗。

8.根據權利要求7所述的模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗方法，其特征在于，土體含水率通過計算每層填土的所需加水量得到：

ω₀＝(m₀/m_d-1)×100％ (1)

m_w＝m₀/(1+0.01ω₀)×0.01(ω₁-ω₀) (2)

式中，m₀為每層填土的初始質量，m_d為每層填土的干燥質量，ω₀為所填土樣的初始含水率，ω₁為土層標定含水率，m_w為每層填土的加水質量。

9.根據權利要求7所述的模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗方法，其特征在于，配置不同含水率的土體，用塑料薄膜覆蓋模型箱中土體表面并至少靜置24h，再埋設隧道模型于土體中。

10.根據權利要求7所述的模擬地鐵隧道列車運營振動的試驗方法，其特征在于，由數字信號發生器通過電腦控制產生載荷振動信號，并同步傳遞至功率放大器，由功率放大器將載荷振動信號放大后傳遞至激振器，將該振動信號轉化為荷載施加于隧道模型的道床結構上。