[发明专利]模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置

说明书

本发明提供一种应用于列车振动和施工荷载耦合条件下的模拟城市高密集区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。本发明提供的模型实验装置包括组合模型系统、土层系统、激振系统、传感系统、推进系统、加压系统、地表密集建筑系统、管廊系统、隧道系统。该模型实验装置能定量化精确模拟高密集建筑群区地铁运营车辆振动荷载和隧道施工荷载耦合作用诱发的地面长期沉降；能准确模拟高密集建筑群区下穿管廊运营诱发的土体长期沉降；具有环境模拟逼真度高的特点，能全天候观测地面长期沉降的缓慢形变过程，能准确模拟隧道内列车往复振动引起的地面长期沉降，使实验数据准确可靠、实验成本低。

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，尤其是涉及一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降模型实验装置。

背景技术

城市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，往往也是地铁运营最集中的区域。地铁运营一段时间后，由于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，会导致地面长期沉降，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，以及严重影响轨道的平顺性，使轮轨系统的相互作用力增大，增大隧道结构的振动，影响贴近地铁隧道或其上方建筑物的振动和噪声，影响乘客的乘坐舒适度。

现有地铁运营引发地面沉降的模型实验研究，主要是针对地铁运营引起的工后短期沉降，没有考虑工后长期沉降，也没有考虑城市高密集建筑群的影响。由于，对地铁运营和隧道施工荷载耦合作用诱发地面长期沉降的研究涉及极少，特别是涉及城市高密集区隧道群上方有管廊作用的土体沉降模型实验研究极少；因此，如何定量化对城市高密集区地铁运营时列车振动与隧道施工荷载耦合下诱发的土体长期沉降进行研究，关系到城市地下工程的安全和城市人流汇集点人民的生命财产安全，对城市工程防灾减灾和防治地面沉降灾害具有重要意义。

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面长期沉降进行研究，没有考虑地面高密集建筑群的影响，也没有考虑列车振动和施工荷载耦合作用诱发的地面长期沉降。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，该模型实验装置具有实验数据准确可靠、环境模拟逼真度高、实验成本低、观测时间长等特点。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，包括：组合模型系统、土层系统、激振系统、传感系统、推进系统、加压系统、地表密集建筑系统、管廊系统、隧道系统。

组合模型系统，包括：第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、预留洞口一、预留洞口二、预留洞口三、预留洞口四、预留洞口五、预留洞口六、预留洞口七、预留洞口八、预留洞口九、预留洞口十、预留洞口十一、预留洞口十二。

土层系统，包括：第一土层、第二土层、第三土层、第四土层。

激振系统，包括：一号激振器、二号激振器、三号激振器、激振数据采集器、激振导线。