[发明专利]一种用于检测隧道持续沉降土体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通、土建技术领域，尤其是一种用于检测隧道持续沉降土体的装置和方法。

背景技术

地下软土的力学行为导致地铁隧道持续沉降等灾害频繁发生。上海和南京都是软土大量分布的城市，监测数据显示，上海地铁隧道自建成之后其沉降变形就一直在持续发展，累计沉降已经超过《地铁隧道保护条例》的标准，并且未见近期收敛稳定的趋势。而南京地铁1号线在建设时期就被戏称为“豆腐脑中建地铁”，多年的监测也显示，已经建成的南京地铁1、2号隧道沉降问题也非常突出，南京地铁2号线在2012年1月6日还发生了相关事故。由于不清楚隧道持续沉降的原因，相关部门只能继续监测，而不知道应该采取何种应对措施来解决这个问题。目前，我国已经有34个城市规划了地铁项目，其中很多城市都位于软土大量分布区域，地铁隧道持续变形问题如果得不到及时解决，新建地铁也很可能出现隧道持续沉降问题；我国地铁隧道将陷入事故不断，维修不断，甚至废弃的怪圈当中。可见，检测地下土体能否发生隧道持续变形，是一个关系到地铁隧道安全和寿命的重要课题。

地铁隧道的振动能够导致隧道周围地下固态软土流态化（表现出流体性质），而隧道周围软土流态化是导致隧道会持续变形而不见收敛的真正原因。然而，现在还没有一套实验装置能够测试土体的振动流态化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供检测隧道能否持续沉降的实验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于检测隧道持续沉降土体的装置，包括压力容器，所述的压力容器盖有一个用于密封压力容器的上盖，该压力容器通过内置的承压板分为上下两部分，承压板上方的部分盛放有待测土体，且待测土体内置有一个振动棒，所述的振动棒由一个加速度传感器和一个偏心马达组成，承压板上方的部分设有接线孔，用于布设加速度传感器的传输线和偏心马达的导电线，同时在承压板上方的部分设有方便排气的排气孔；承压板下方的部分盛放一个气囊，并外接一个恒压装置，用于给土体施加压力，模拟地下情况。

所述的布设加速度传感器传输线和偏心马达导电线的接线孔设置在压力容器的上盖上面；所述方便排气的排气孔也设置在压力容器的上盖上面。

所述的组成振动棒的加速度传感器和偏心马达放置在一个金属密封盒内。

所述的待测土体放置一个由塑料膜制成的塑料袋内，此塑料袋放置在承压板上方的部分。

所述的上盖上设有密封圈。

一种用于检测隧道持续沉降土体的装置的方法，其步骤为：

a根据地铁通过隧道时产生的振动频率，设定偏心马达中不同的配重，以使偏心马达转动时产生的振动频率能够接近地铁通过隧道时的振动频率；

b向气囊中填充气体，促使承压板支撑在气囊的上方；

c将待测土体盛放在塑料袋中，同时将振动棒也埋设在待测土体中，并在振动棒的两端预留加速度传感器的传输线和偏心马达的导电线；

d将塑料袋密封，使待测土体处于含水量不变的状态；

e将加速度传感器的传输线和偏心马达的导电线穿过压力容器上盖预留的接线孔，在打开排气孔的前提下，将上盖放在压力容器上，并用螺栓把压力容器封闭；

f向气囊中继续充气，使盛放在塑料袋中的待测土体继续提升并与压力容器的上盖接触，关闭排气孔；

g将加速度传感器的传输线与传感器信号接收设备连接，将偏心马达的导线与电源连接，但是均暂不接通；

h开启恒压装置，调节气囊压力，致使承压板所受气囊施加的压力与地铁通过隧道时隧道周围产生的压力相对应；

i接通加速度传感器的传输线和传感器信号接收设备的连接，同时接通偏心马达的导电线与电源的连接，观测相应的频率和沉降情况；

j不间断的连续观测30天，根据振动棒沉降情况，判断该待测土体能否导致隧道发生持续沉降问题。

优选的，所述的气囊中填充的一定量的气体为氮气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在偏心马达带动下，振动棒产生振动，通过加速度传感器记录振动频率和振动下沉情况。

2、在气囊中充一定压强的氮气（现有设备已经能够实现），模拟土体在地下不同深度的状态。

3、根据地铁运行时产生的振动频率，通过调配偏心马达上的配重进行模拟。

4、根据加速度传感器的记录，得到振动棒下沉量和速度。

附图说明

图1是本发明装置外形示意图。

图2是本发明振动棒示意图。