[发明专利]一种箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验系统及方法

权利要求书

1.一种箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验方法，其特征在于，实验方法所采用的系统包括：模型土箱（1）、地铁车站缩尺结构模型（3）和地表框架缩尺结构模型（8）；所述模型土箱（1）内壁附有泡沫塑料板（2），在模型土箱（1）内填充有从待研究地裂缝附近采集的土体；在土体中埋设有土体压力计（6）和土体加速度计（7），在模型土箱（1）地表下方埋设有地铁车站缩尺结构模型（3），在模型土箱（1）地表上方设有地表框架缩尺结构模型（8）；

试验方法包括以下步骤：

1）建立地铁车站缩尺结构模型，选择地铁车站缩尺结构模型的主观测面及次观测面，在地铁车站主观测面上布置加速度计，在主观测面横梁、纵柱及横板上布置应变片，在次观测面柱上布置应变片；

2）主观测面加速度计布置在车站模型两侧分为三层布置，应变片布置在地铁车站结构横梁、横版、纵柱上；次观测面仅布置应变片，且将应变片布置于地铁车站纵柱上；

3）加速度计分别布置在地裂缝场地的上盘与下盘，从土体表面到土体内分为五层布置；

4）填充场地土体，并使用细粉砂和熟石灰拌合而成的混合物模拟地裂缝带场地土直至矩形闭合框架地面所处的预定高度；

5）将地铁车站缩尺结构模型吊装到土体预定位置，通过分析软件对实验系统进行模拟，计算出能够最大程度地反映地震对地铁车站的影响的地铁车站缩尺结构模型埋设位置；

6）填充地铁车站缩尺结构模型四周土体及地铁车站顶部土体，同时完成地铁车站缩尺结构模型顶部地裂缝带土体填充，使用细粉砂和熟石灰拌合而成的混合物模拟地裂缝带场地土；

7）将上部框架缩尺结构模型吊装到土体预定位置，且使得地表框架缩尺结构模型与地铁车站缩尺结构模型的垂直距离在100mm~200mm之间，上部框架缩尺结构模型底部埋入土中；

8）试验开始前先进行白噪声激励的微振试验，在加速度计峰值改变时，均输入微幅白噪声激励，观察地铁车站缩尺结构模型动力特性的变化情况。

2.根据权利要求1所述的箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验方法，其特征在于，地震波采用单向水平输入；地震波类型包括汶川波、EL Centro波、兰州人工波和Cape Mendocino基岩波进行加载，将每种波的台面输入加速度峰值分别调整为0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.3g…，直到模型发生破坏。

3.一种权利要求1-2任一项所述方法采用的箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验系统，其特征在于，通过在所述地铁车站缩尺结构模型（3）分布应变片（5），在地铁车站缩尺结构模型（3）周边分布地铁车站加速度计（4），对箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝进行测试，观察地铁车站缩尺结构模型动力特性的变化。

4.根据权利要求3所述的箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验系统，其特征在于，所述土体压力计（6）埋设在地铁车站缩尺结构模型（3）水平中轴线两侧和沿水平中轴线顶端垂直方向，沿水平中轴线顶端垂直方向布置的土体压力计（6）与模型土箱（1）的泡沫塑料板（2）的距离不小于300mm。

5.根据权利要求3所述的箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验系统，其特征在于，所述地铁车站缩尺结构模型（3）埋设位置深度距土体表面不小于20mm。

6.根据权利要求3所述的箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验系统，其特征在于，所述地铁车站缩尺结构模型（3）为矩形闭合箱涵式钢筋混凝土结构，在矩形箱体中设有一根横板与两排纵柱，纵柱的两端和中部设有横梁，应变片（5）分别设在矩形箱体内壁、横板上方和纵柱两侧。

7.根据权利要求3所述的箱涵式地铁车站及临近地表结构跨越地裂缝实验系统，其特征在于，所述地铁车站加速度计（4）分布在矩形箱体纵柱外侧两端、矩形箱体横板外侧两端以及矩形箱体顶角处。