[发明专利]一种隧道工程中衬砌结构及围岩的动力响应测试系统

说明书

本发明公开了一种隧道工程中衬砌结构及围岩的动力响应测试系统，包括模型箱、试验荷载加载系统。模型箱(100)为顶部设有开口的立方体结构，模型箱的内表面设有减震敷层(110)；一贯穿模型箱前后端面的可拆卸隧道模板(200)设置在模型箱中部；拆卸隧道模板具有分别与模型箱前后端面可拆卸联接的前后两个端盖,隧道衬砌模型连接在前后两个端盖之间；受控制装置控制可对荷载的形式，大小以及频率予以控制的激振器悬置在钢梁上；前后两个端盖之间设置有一个或一个以上的隧道衬砌模型。本发明能够方便、准确、真实地模拟列车运行诱发振动荷载作用下衬砌结构以及周围岩土体动力响应与振动波沿隧道横向、纵向以及深度传播规律。

技术领域

本发明涉及土木工程试验领域岩土类试验技术领域，特别是一种隧道工程中衬砌结构及围岩的动力响应测试系统。

背景技术

地铁列车在运行时，列车荷载会导致隧道结构-土层以及地面振动问题。隧道结构及其上覆土层在列车振动荷载作用下的动力响应复杂多变。在长期振动荷载作用下，隧道衬砌结构可能出现支护开裂产生纵横向裂缝、洞顶混凝土的剥落甚至底部隆起变形等问题。除隧道结构外，周围土体在长期列车荷载作用下也会有砂土液化、不均匀沉降和地面塌陷等问题发生。因此，掌握隧道结构的动力响应特性及其对周围土层的影响机理和变化规律具有重要意义。采用隧道工程中衬砌结构及围岩动力响应测试系统，可对隧道衬砌结构以及周围岩体在列车运行诱发振动荷载下的动力响应进行测试，对振动波的传播规律进行研究。

由于采用模型试验对列车荷载作用下隧道结构动力响应特性进行研究试验较为复杂，难度较大。目前研究主要集中在国外，国内还少有这方面的研究。

(1)期刊《Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Geotechnical Engineering》2003年第二期中剑桥学者Thusyanthan和Madabhushi采用了一种隧道衬砌及围岩动力响应特性测试系统，对不同材料的隧道衬砌结构对振动波的吸收与传递情况进行了相关研究。该系统模型箱为圆柱形模型箱，尺寸为900mm×260mm(直径×高)。加载系统主体为振动马达，通过马达转动，产生偏心力从而实现对模型的加载。该模型试验系统，还存在以下不足之处：

1、对施加荷载的控制不够精确，对加入荷载的形式，大小以及频率未能测试。

2、在模型试验中对模型箱边界的处理不够完善，边界可能出现振动波的反射问题。

3、在试验中模拟工况比较单一，不能有效的对不同断面形状，断面大小以及有交叉情况的隧道进行模拟。

4、对加入荷载的振幅的大小以及频率控制不够精确，不能真实客观的模拟隧道列车荷载。

发明内容

本发明的目的是要上述现有技术的不足，提供一种隧道工程中衬砌结构及围岩的动力响应测试系统，能够方便、准确、真实地模拟列车运行诱发振动荷载作用下衬砌结构以及周围岩土体动力响应与振动波沿隧道横向、纵向以及深度传播规律。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种隧道工程中衬砌结构及围岩的动力响应测试系统，包括模型箱、试验荷载加载系统，模型箱为顶部设有开口的立方体结构，模型箱的内表面设有减震敷层；一贯穿模型箱前后端面的可拆卸隧道模板设置在模型箱中部；拆卸隧道模板具有分别与模型箱前后端面可拆卸联接的前后两个端盖,隧道衬砌模型连接在前后两个端盖之间；试验荷载加载系统包括激振器和用于承载激振器的钢梁，所述钢梁穿过隧道衬砌模型联接在前后两个端盖的外侧；受控制装置控制能够对荷载的形式，大小以及频率予以控制的激振器悬置在钢梁上；前后两个端盖之间设置有一个或两个以上的隧道衬砌模型。

进一步地，当采用两个以上的隧道衬砌模型呈空间交叉但不相交状态布置。

进一步地，所述隧道衬砌模型横截面为如下图形之一：矩形、圆形及马蹄形。