[发明专利]模拟复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置

说明书

本发明提供一种模拟复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置，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。本发明所述模拟复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置包括模型箱、地层系统、隧道系统、高铁路基系统、激振系统、传感系统、地面密集建筑群、高速旋转系统、溶洞系统。该装置能全过程模拟密集建筑群区地铁和高铁联合振动引起的地面长期沉降；能精准模拟复杂环境下高速旋转离心力作用下的地面长期沉降；能定量化监测运营隧道上下方既有溶洞加固前后对地面长期沉降的影响，且实验成本低、数据可靠。

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复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置。

背景技术

近年来，我国高速铁路建设和城市地铁建设迅猛发展，运营里程均具世界第一，特别是长三角地区的上海、杭州、南京和珠三角地区的广州、深圳等特大城市均属于软土地区，而这些城市生产力最发达，经济增长最强劲，人口最密集，密集建筑群分布最多，高速铁路和城市地铁在运营过程中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，不可避免地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，对城市生命线工程的安全运营构成重大威胁。现有地面长期沉降模型试验研究，主要针对地铁建设过程中引起的工后短期沉降，没有考虑地铁运营期车辆振动对地面长期沉降的影响，也没有考虑地面城市高密集建筑群的影响，对岩溶地层的地铁运营荷载对地面长期沉降的影响研究较少，特别是考虑高速铁路循环振动荷载和地铁运营车辆循环振动荷载耦合作用对地面长期沉降的相关模型实验研究极少。因此，如何定量化对城市高密集区运营期高铁和地铁耦合振动荷载下诱发的地面长期沉降进行研究，关系到地铁运营安全和高铁运营安全，也关系到城市高密集区人民的生命财产安全，对遏制群死群伤重大事故有重要意义，能为城市工程防灾减灾和防治地面沉降灾害提供理论依据。

中国专利CN104390629B一种确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降的方法，实现步骤：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，对地层模拟没有考虑岩溶地层的影响，没有涉及利用模型试验开展地面长期沉降研究，也没有考虑高密集建筑群的影响，对高铁和地铁振动荷载诱发的地面长期沉降的研究未涉及。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模拟复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置，该装置具有环境模拟逼真度高、实验数据精准、成本低、沉降观测时间长等特点。

本发明的技术方案如下：

一种模拟复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置，包括：模型箱、地层系统、隧道系统、高铁路基系统、激振系统、传感系统、地面密集建筑群、高速旋转系统、溶洞系统。

地层系统，包括：第一土层、第二土层。

隧道系统，包括：第一隧道、第二隧道。

高铁路基系统，包括：第一高铁路基、第二高铁路基。

激振系统，包括：第一低频激振器、第二低频激振器、第三低频激振器、第四低频激振器、第一高频激振器、第二高频激振器、第三高频激振器、第四高频激振器、激振控制器、一号激振导线、二号激振导线、第一平衡板、第二平衡板、第三平衡板、第四平衡板。