[发明专利]应用于模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶塌陷的模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明属于地质工程与地质灾害防治技术领域，尤其是涉及一种基于激振器实现的双向振动装置的模拟试验装置。

背景技术

我国岩溶地区城市也通过修建地铁来解决城市交通问题，与国内外研究较多的山岭隧道施工和建(构)筑物基础或地下室施工岩溶处理相比，地铁工程多处于繁华都市区，周边建筑物和地下管线密集，环境保护要求高，岩溶探测难度大，岩溶处理限制因多；地铁工程为线型工程，工法多样，穿越岩溶区跨度大，岩溶与地铁线路关系复杂，不同的岩溶处理手段对工程的造价和安全影响大；为尽量避开岩溶区，地铁工程多采用浅埋型，地下溶洞、土洞隐蔽性强，增加了工程风险的突发性和工程使用期的安全风险。对地铁振动的研究主要集中于非岩溶土体隧道，有关岩溶地铁隧道的研究工作主要集中于建设期。关于模拟岩溶地区地铁振动时的试验模型箱方面研究更是少之又少。

发明内容

本发明的目的，就是为克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种可用于模拟岩溶地区地铁振动时的模拟试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可用于模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶塌陷的模拟试验装置，其特征在于，该装置包括若干激振器、外部箱体2、内部箱体15(即模型箱)、若干垫板、侧壁7、底板4、基座9、柔性杆、量测系统。

所述激振器包括水平激振器和垂直激振器，分别提供水平和竖向的振源；

所述外部箱体2起到了支撑和支架作用，用于固定水平激振器；

所述内部箱体15内放有模拟用的岩石11和土体12，是被激振对象；

内部箱体15通过模型箱底板4架设在外部箱体2内；

外部箱体2、内部箱体15都设置有侧壁7，为透明的有机玻璃板，以便于观察；

外力输入通过垫板作用于内部箱体15；

地面上的基座固定竖直激振器，竖直激振器经内部箱体的垫板连接到内部箱体的内部，以实现竖直振动。

基座9与垂直的激振器之间是刚性连接，外部箱体与水平的激振器之间是刚性连接。

通过外部调节激振器频率和振幅，传力到相应柔性杆，再传递到对应一级的垫板上；通过垫板将振动传到内部箱体的土体12中，以实现激振器对内部箱体的水平和竖直振动。

本发明装置的安装：安置好外内两个箱体。在模型箱底板4上预制两个直径为5cm的圆形漏洞8，模拟岩溶地区的溶洞。再在内部箱体侧壁7左右两侧凿出两个可容纳柔性管贯通的侧壁的圆孔10，用于激振器施加水平上的振动。水平激振器通过外部箱体固定在内部箱体的两侧，通过柔性杆施加于水平振动垫板6上，进而将水平振动施加于箱体的侧面岩溶地层中。竖直激振器连接在固定基座9上，再通过竖直振动垫板5将振动施加于内部箱体的岩溶地层中。

本发明装置的使用：在装备好内部箱体后准备试验时，在模型箱底板4的下侧用木板(图中未示意)堵住两个圆形漏洞8，在内部箱体15左右侧壁内侧放置水平振动垫板6，用以施加水平振动。然后向内部箱体15填入岩石11和土体12，待填好之后，将模型箱底板4下侧的木板移除。待稳定后，通过水平激振器和竖直激振器施加水平和竖直向的振动，观测和记录底板下土体漏出的情况。调节振幅和频率，比较不同状态下的渗漏情况。

所述激振器可以为电动式激振器，频率为10Hz-1000Hz左右，激振力为最大可达800N。可以满足地铁振动频率和振幅的要求。

所述柔性杆可通过一端串联着一力传感器，以便能够同时测量出激振力的幅值和相位角。

所述的量测系统通过在内部箱体15上勾画出标有刻度的正方形等间距的表格，可以通过测量上覆土体的位移量测出沉降量。在试验中需要在外部箱体2的正面和侧面分别安装一个摄像头13，通过摄像机能准确确定每一时刻的位移量。在模型箱底板4下部漏洞8放置带托盘的天平秤，用来测量不同时刻掉落的土体的质量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用激振器进行竖直和水平双向振动，更好再现地铁振动过程中的双向振动过程的影响，可大大减少对土体扰动，适合用于软土地区；

2、采用激振器进行振动模拟，频率和振幅可以和地铁振动的产生的振动波相对应；

3、模型箱结构简单，安装方便；

4、模型箱采用材料简单，操作方便，成本低。

附图说明

图1为本发明的双向振动模型的总体连接布局示意图；

图2为本发明的双向振动模型箱的俯视示意图；

图3为本发明的双向振动模型箱的侧视示意图；