[發(fā)明專利]一種模擬地鐵隧道列車運(yùn)營振動的試驗(yàn)裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111879536A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵珠山;伍翔飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種模擬地鐵隧道列車運(yùn)營振動的試驗(yàn)裝置及方法，試驗(yàn)裝置包括模型箱、隧道模型、載荷加載設(shè)備、傳感器組、動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。模型箱內(nèi)部填充土體，隧道模型埋置于模型箱內(nèi)部的土層中，載荷加載設(shè)備用以施加列車激振荷載，傳感器組埋設(shè)于模型箱內(nèi)的土層中及隧道模型上，動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)置于模型箱外側(cè)。本發(fā)明可較為真實(shí)的模擬不同隧道埋深、不同地層含水率下的列車運(yùn)營引起的隧道結(jié)構(gòu)及周邊地層的動力響應(yīng)，可為研究不同地質(zhì)環(huán)境與工程條件下地鐵運(yùn)營引發(fā)的隧道結(jié)構(gòu)及周邊地層振動響應(yīng)提供有效可行的試驗(yàn)平臺。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于地下工程試驗(yàn)裝置，具體是一種模擬地鐵隧道列車運(yùn)營振動的試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，地鐵作為城軌交通系統(tǒng)的重要組成部分，在緩解城市交通壓力，推動城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也帶來了一系列由地鐵列車運(yùn)營引發(fā)的環(huán)境振動問題。如地鐵隧道結(jié)構(gòu)在列車長期循環(huán)荷載作用下，勢必會引起隧道基底土層的沉降變形，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降，給列車的安全運(yùn)行帶來潛在威脅，同時，由列車運(yùn)營引起的振動會以波的形式經(jīng)隧道結(jié)構(gòu)、圍巖傳遞至地表，引起沿線地區(qū)地表建筑物的振動和噪聲，給居民的正常生活帶來影響。因此開展地鐵列車運(yùn)營振動問題的試驗(yàn)研究對于探究地鐵運(yùn)營振動傳播及對隧道結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理具有重要指導(dǎo)意義。

現(xiàn)有針對地鐵或列車運(yùn)營振動的試驗(yàn)裝置，較少考慮列車振源移動加載的情況,同時隨著地鐵交通建設(shè)的加快，出現(xiàn)較多亟待解決的工程問題，而目前對于此類相關(guān)問題的研究仍主要以現(xiàn)場測試、數(shù)值模擬及理論解析為主，但這三種方法均存在各自的局限性，尤其是涉及的影響因素不斷增加，如針對含地下水的飽和或非飽和土地層，采用前述三種方法難以準(zhǔn)確的描述由列車運(yùn)營誘發(fā)的環(huán)境振動及隧道累積沉降變化特征。故當(dāng)前應(yīng)開發(fā)或設(shè)計(jì)較多低經(jīng)濟(jì)成本、高可靠性的室內(nèi)模型試驗(yàn)以彌補(bǔ)現(xiàn)有研究方法的不足。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬地鐵隧道列車運(yùn)營振動的試驗(yàn)裝置及方法，可較為真實(shí)的模擬由地鐵列車運(yùn)營誘發(fā)的周邊地層的振動及隧道結(jié)構(gòu)的累積沉降變化。本發(fā)明可較為真實(shí)的模擬不同隧道埋深、不同地層含水率下的列車運(yùn)營引起的隧道結(jié)構(gòu)及周邊地層的動力響應(yīng)，可為研究不同地質(zhì)環(huán)境與工程條件下地鐵運(yùn)營引發(fā)的隧道結(jié)構(gòu)及周邊地層振動響應(yīng)提供有效可行的試驗(yàn)平臺。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種模擬地鐵隧道列車運(yùn)營振動的試驗(yàn)裝置，包括模型箱、隧道模型、載荷加載設(shè)備、傳感器組和動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)；

所述模型箱內(nèi)填充土體，隧道模型埋置于模型箱內(nèi)部的土體中，隧道模型中設(shè)置載荷加載設(shè)備，所述載荷加載設(shè)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(yīng)變片，土體中布置有傳感器組，動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)連接傳感器組，應(yīng)變片和傳感器組連接至動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)；通過各激振器的等時間間隔加載模擬列車在隧道模型內(nèi)的移動加載效應(yīng)，動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)獲取應(yīng)變片監(jiān)測隧道模型襯砌結(jié)構(gòu)及傳感器組監(jiān)測土體在地鐵隧道列車振動荷載作用下的動力響應(yīng)，得到隧道埋深及土體含水率對地鐵隧道列車運(yùn)營振動的影響。

對于上述技術(shù)方案，本發(fā)明還有進(jìn)一步優(yōu)選的方案：

進(jìn)一步，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(nèi)部貼附有吸振材料。

進(jìn)一步，所述隧道模型由鋼筋混凝土整體澆筑形成襯砌結(jié)構(gòu)與道床結(jié)構(gòu)，襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行環(huán)向切縫，模擬實(shí)際工程中盾構(gòu)管片的螺栓連接接觸。

進(jìn)一步，所述剛性橫梁通過兩端鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)頂面相接觸。

進(jìn)一步，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(shè)于隧道模型底部土體中，加速度傳感器埋設(shè)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。