[发明专利]一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统

说明书

本申请涉及一种列车‑轨道‑隧道‑土体耦合振动试验系统，包括试验土箱、盾构隧道模型、列车模型、动力牵引装置和自动化控制机箱。试验土箱包括箱体、支撑、隔振的塑料泡沫板等；盾构隧道模型包括3D打印制作隧道管片、轨道等，隧道管片为拼装式，贴近真实盾构隧道，通过更换隧道管片可满足各种隧道损伤工况试验；列车模型包括车体、载重块等；动力牵引装置包括支架、电机、传动履带等，给列车模型提供稳定的牵引动力，以模拟列车荷载；自动化控制机箱包括电机控制器、驱动器、电源开关等，可电脑编程实现对电机的自动化控制，确保列车匀速运行。本申请各系统相对独立、可扩展性强、模拟工况多，可以满足列车‑隧道‑土体耦合振动的科研试验。

技术领域

本申请属于土木工程技术领域，涉及一种地铁运行时隧道系统耦合振动研究试验系统，尤其涉及一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统。

背景技术

随着大量城市地铁隧道的建设，研究列车-轨道-隧道-土体耦合系统的振动机理及对隧道的影响，是保证隧道安全运营的重要手段。由于目前该领域研究较少，理论模型简单，而精细模型的计算代价太大，全尺寸实物实验的成本高且条件有限，因此，采用缩尺模型试验系统和模拟方法是研究耦合系统振动的有效方法。目前，缩尺模型试验广泛应用于各个工程领域，包括但不限于土木工程、航空航天、车桥耦合、桥隧等。在地铁隧道工程领域，关于隧道-土体耦合系统振动的试验已有不少，但这些研究一般将列车荷载简化为集中荷载直接施加在隧道上，并未考虑列车、轨道等复杂系统的耦合振动，并且很难考虑移动荷载的时空叠加效应。因此，为了提高试验效率、降低经济成本，急需一种精细的列车-轨道-隧道-土体缩尺模型，可以精细化研究地铁隧道耦合系统的振动机理，又能探究系统振动对隧道管片损伤的影响，以满足复杂的耦合系统振动的科研需求。

发明内容

本申请的目的在于：弥补现有地铁盾构隧道耦合振动研究的不足，提供一种低成本、快速高效的缩尺模型试验方法。

为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统，其特征在于：本系统包括试验土箱、盾构隧道模型、列车模型、动力牵引装置和自动化控制机箱；

进一步，所述的试验土箱包括箱体、若干根加劲肋、若干块塑料泡沫板、两个隧道安装孔、出砂口、若干个万向脚轮、若干个支撑；所述的箱体为上敞口长方体结构，箱体每个面采用若干根加劲肋提高刚度；所述的若干块塑料泡沫板贴合于箱体内壁，用于减弱振动传播的边界效应；所述的两个隧道安装孔位于箱体前后箱壁正中心，截面尺寸与盾构隧道模型一致，使得列车模型可以通过；所述的出砂口位于箱体一侧，出砂口上覆可拆卸盖板，可快速清扫箱体内砂土；所述的若干个万向脚轮在试验土箱底部，用于移动试验土箱；所述的若干个支撑位于试验土箱底部，用于承载试验土箱；

所述的盾构隧道模型包括隧道管片、轨道板、轨道、若干个限位传感器；所述的隧道管片利用3D打印技术制作而成，由若干个环沿隧道管片轴线拼接而成，每个环包括底部支座、若干个隧道管片标准块I、若干个隧道管片标准块II；所述的底部支座、若干个隧道管片标准块I、若干个隧道管片标准块II上均有若干个螺栓孔，可通过螺栓实现紧固连接，也可以用螺栓将加速度传感器、应变计等固定在螺栓孔；所述的若干个隧道管片标准块I，可以用隧道管片损伤标准块Ⅰ替换，分别模拟损伤深度100％、80％、60％、40％、20％以及横向、斜向、纵向裂缝；所述的轨道板为柔性板状结构，通过螺栓固定在底部支座仰拱上；所述的轨道，由两根完整、表面光滑、宽度均匀的金属条制成，通过螺栓固定在轨道板上；所述的若干个限位传感器，用螺栓固定在盾构隧道模型两端的轨道板上，通过数据线与自动化控制机箱的驱动器相连，限位传感器感应到列车模型通过后，控制列车模型的行止，保证每次试验列车模型启动/终止位置相同；