[发明专利]高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置

说明书

本发明涉及一种模拟地震‑降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，属于城市地下工程防灾减灾和地面沉降地质灾害技术领域。该模型实验装置包括降雨模拟系统、地震模拟系统、组合模型系统、地表密集建筑系统、软土、孤石群、传感系统、隧道系统、传导系统、车辆振动系统、中央控制系统。本发明可以模拟极端降雨环境下，地震灾害环境下，降雨环境、地震环境、降雨地震组合环境作用下引发地面长期沉降的影响；可以模拟城市高密集区地铁运营时任意位置车辆荷载振动耦合作用对土体长期沉降的影响，具有环境模拟逼真度高、实验可重复性、实验不限极端环境限制、数据可靠、操作性强等特点。

技术领域

本发明属于城市地下工程防灾减灾和地面沉降地质灾害技术领域，尤其是涉及模拟地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置。

背景技术

我国许多特大城市均处在地震易发多发地带，特大城市中的高密集区是整个城市的商业中心、金融贸易中心、娱乐中心、文化中心，是城市人流的汇集点，一旦地震发生，对城市造成的人员伤亡及财产损失极为严重。地震发生的同时伴有强降雨，震后还可能发生洪涝灾害，而城市高密集区地下交通网络发达，隧道近距离交叠穿越，该区域由于长期受列车振动荷载引起的地基土振陷、隧道建设期地基土未完成的固结变形、隧道邻近范围的密集建(构)筑物、隧道所处地层水位变化等因素的影响，在强降雨激发作用下，极易导致地面长期沉降，引发隧道渗漏水、隧道裂缝及损坏、危及邻近建(构)筑物、桩基和地下管线。现有特大城市隧道近距离交叠穿越引起地面沉降的模型实验研究，主要是针对交叠隧道施工期的工后短期沉降研究，对涉及城市高密集区隧道近距离交叠穿越运营引起的地面长期沉降研究较少，没有考虑地震-降雨联合作用对地面长期沉降的影响，与此相关的模型实验研究极少。因此，如何精确可靠地监测地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降，对揭示交叠隧道运营引起的地面长期沉降核心安全风险的形成与演化机理，防治城市地震灾害对生态环境的破坏以及防治城市地震灾害引发的次生灾害及衍生灾害有重要意义。

中国专利CN104390629B公开了一种确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降的方法，包括步骤：第一步，确定地铁运营列车轴动荷载；第二步，建立荷载-钢轨-扣件-隧道-地基力学耦合模型，确定单次列车对下方土体的加载大小及加载次数；第三步、建立二维有限元模型，依次进行隧道开挖、列车荷载加载分析步，确定隧道下方土体的初始偏应力和列车荷载引起的动偏应力；第四步、根据上述步骤的结果，确定隧道下方土体累积塑性应变；第五步、确定列车荷载引起的隧道累积沉降量，并绘制隧道沉降曲线。该专利主要是基于二维有限元模型研究地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降量，没有涉及利用模型试验对地震-降雨联合作用对地面长期沉降的影响进行研究，也没有考虑高密集区交叠隧道运营对地面长期沉降的影响。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种模拟地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，该模型实验装置具有环境模拟逼真度高、实验可重复性、实验不限极端环境限制、数据可靠、操作性强等特点。

为了实现上述目标，本发明提出了如下技术方案：

一种高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，应用于模拟地震-降雨作用条件下，包括降雨模拟系统、地震模拟系统、组合模型系统、地表密集建筑系统、软土、孤石群、传感系统、隧道系统、传导系统、车辆振动系统、中央控制系统；

所述组合模型系统的内部铺设软土，所述组合模型系统的底部设地震模拟系统；

所述软土的上层表面设地表密集建筑系统，所述软土的中部设交叠分布的隧道系统；

所述隧道系统中布设有孤石群和车辆振动系统；

所述降雨模拟系统设在组合模型系统的上部，并覆盖地表密集建筑系统；

所述隧道系统中设有传感系统，所述传感系统布设在软土表面；