一种模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷的模型试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地质工程、岩土工程技术领域，尤其是涉及一种模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷的模型试验装置。
【背景技术】
[0002]近年来，国内已有较多地铁修建于浅埋岩溶发育区，列车振动不仅是岩溶覆土塌陷的致塌因素，其造成的危害也是极大的。地铁线路往往修建在建筑密集的城市繁华区域，是城市建设的重要组成部分，地铁车辆振动可能对城市浅埋岩溶产生十分严重的影响，直接影响轨道交通沿线安全。目前，对地铁振动引发岩土体变形的研究主要集中于非岩溶土体隧道，有关岩溶地铁模拟隧道的研究工作主要集中于建设期，对于浅埋岩溶覆土是否会因振动而塌陷以及潜在的塌陷模式和特征都认识不深，相关研究亟待开展。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服上述技术缺陷而提供的一种模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷的模型试验装置。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005]—种模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷的模型试验装置，其特征在于，本发明涉及内容包括主体结构、激振系统和测量系统。
[0006]所述的主体结构包括模型箱、地铁模拟隧道及构成地下岩溶结构的灰岩模拟材料、岩溶空腔、岩溶漏斗和岩溶覆土。所述的模型箱主体框架由角钢焊接而成，正面面板由有机玻璃组成，背面、侧面、底部面板由钢板组成;所述的地铁模拟隧道由石膏+玻璃纤维混合材料制成;所述的灰岩模拟材料由石膏制成;所述的岩溶空腔、岩溶漏斗将根据实际岩溶结构由灰岩模拟材料堆砌而成;所述的岩溶覆土采用岩溶地区采集的天然黏土。
[0007]所述的激振系统包括地铁模拟隧道内设置的电磁激振器和外部的激振控制器。所述的电磁激振器需按照地铁轨道模式安装到地铁模拟隧道中，用以模拟地铁列车运行过程中与轨道之间产生的竖向振动;所述的激振控制器可控制各电磁激振器激振频率、强度及时间。
[0008]所述的测量系统包括加速度传感器、数据采集仪、土体称重装置及摄像机。所述的加速度传感器设置在岩溶漏斗附近灰岩模拟材料中，用以测量岩溶漏斗附近灰岩模拟材料中两向加速度(水平加速度、竖直加速度)；所述的数据采集仪用以采集、记录加速度传感器测量数据;所述的土体称重装置设置在岩溶空腔底部、岩溶漏斗正下方，用以测量从岩溶漏斗中掉落黏土的质量;所述的摄像机正对模型箱正面并与模型箱保持同步运动，用以观察记录黏土塌陷过程及黏土表面变形。
[0009]通过地铁模拟隧道内激振装置模拟地铁振动，通过加速度传感器测量岩溶漏斗处振动加速度，利用土体称重装置测量掉落土体质量，根据摄像记录观察地表变形过程。本方法适用于地质工程、岩土工程技术领域，能够揭示岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷机理及地面沉降规律。
[0010]综上，本发明方法原理为:采用模型试验手段，利用电磁激振器模拟地铁列车运行过程中与轨道之间产生的竖向振动，通过加速度传感器、称重装置和摄像机记录振动过程中岩溶覆土塌陷全过程，揭示岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷机理及地面沉降规律。
[0011]具体实施中，需首先将电磁激振器按照地铁轨道模式安装到地铁模拟隧道中，在模型箱下部装填灰岩模拟材料，将安装好电磁激振器的地铁模拟隧道装入模型箱，继续向模型箱中装填灰岩模拟材料，需保证灰岩模拟材料与地铁模拟隧道之间紧密连接，在装填灰岩模拟材料的过程中设置岩溶空腔和岩溶漏斗，其中排土出口及称重装置设置在岩溶空腔底部、岩溶漏斗正下方，在岩溶漏斗附近灰岩模拟材料中安装加速度传感器，将黏土填埋在灰岩模拟材料上方，要求黏土在岩溶漏斗处封底，将电磁激振器与激振控制器连接、加速度传感器与数据采集仪连接。待模型箱中灰岩模拟材料与黏土固结稳定后，通过激振控制器启动地铁模拟隧道中的电磁激振器模拟地铁振动，通过加速度传感器测量岩溶漏斗附近灰岩模拟材料中两向加速度，利用排土出口及称重装置测量从岩溶漏斗中掉落黏土的质量，根据摄像机观察记录黏土塌陷过程及黏土表面变形。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图(正视图)。
[0013]图2是本发明的侧视图。
[0014]图1中，I模型箱，2地铁模拟隧道，3灰岩模拟材料，4岩溶空腔，5岩溶漏斗，6黏土，7电磁激振器，8激振控制器，9加速度传感器，10数据采集仪，11排土出口及称重装置，12摄像机。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0016]实施例
[0017]具体实施例中，如图1所示，首先将电磁激振器7按照地铁轨道模式安装到地铁模拟隧道2中，在模型箱I下部装填灰岩模拟材料3，将安装好电磁激振器7的地铁模拟隧道2装入模型箱1，继续向模型箱I中装填灰岩模拟材料3，需保证灰岩模拟材料3与地铁模拟隧道2之间紧密连接，在装填灰岩模拟材料3的过程中设置岩溶空腔4和岩溶漏斗5，其中排土出口及称重装置11设置在岩溶空腔4底部、岩溶漏斗5正下方，在岩溶漏斗5附近灰岩模拟材料3中安装加速度传感器9，将黏土 6填埋在灰岩模拟材料3上方，要求黏土 6在岩溶漏斗5处封底，将电磁激振器7与激振控制器8连接、加速度传感器9与数据采集仪10连接。待模型箱I中灰岩模拟材料3与黏土 6固结稳定后，通过激振控制器8启动地铁模拟隧道2中的电磁激振器7模拟地铁振动，通过加速度传感器9测量岩溶漏斗5附近灰岩模拟材料3中两向加速度，利用排土出口及称重装置11测量从岩溶漏斗5中掉落黏土6的质量，根据摄像机12观察记录黏土6塌陷过程及黏土6表面变形。
【主权项】
1.一种模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷的模型试验装置，其特征在于，本发明涉及内容包括主体结构、激振系统和测量系统； 所述的主体结构包括模型箱、地铁模拟隧道及构成地下岩溶结构的灰岩模拟材料、岩溶空腔、岩溶漏斗和岩溶覆土； 所述的地铁模拟隧道由石膏+玻璃纤维混合材料制成； 所述的灰岩模拟材料由石膏制成； 所述的岩溶空腔、岩溶漏斗将根据实际岩溶结构由灰岩模拟材料堆砌而成； 所述的激振系统包括地铁模拟隧道内设置的电磁激振器和外部的激振控制器； 所述的电磁激振器按照地铁轨道模式安装到地铁模拟隧道中，用以模拟地铁列车运行过程中与轨道之间产生的竖向振动； 所述的测量系统包括加速度传感器、数据采集仪、土体称重装置及摄像机； 所述的加速度传感器设置在岩溶漏斗附近灰岩模拟材料中，用以测量岩溶漏斗附近灰岩模拟材料中两向加速度； 所述的土体称重装置设置在岩溶空腔底部、岩溶漏斗正下方，用以测量从岩溶漏斗中掉落黏土的质量。
【专利摘要】本发明是一种模拟岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷的模型试验装置，本发明涉及内容包括主体结构、激振系统和测量系统。主体结构包括模型箱、地铁模拟隧道及构成地下岩溶结构的灰岩模拟材料、岩溶空腔、岩溶漏斗和岩溶覆土，激振系统包括地铁模拟隧道内设置的电磁激振器和外部的激振控制器，测量系统包括加速度传感器、数据采集仪、土体称重装置及摄像机。通过地铁模拟隧道内激振装置模拟地铁振动，通过加速度传感器测量岩溶漏斗处振动加速度，利用土体称重装置测量掉落土体质量，根据摄像记录观察地表变形过程。本发明装置适用于地质工程、岩土工程技术领域，能够揭示岩溶地区地铁振动引发岩溶覆土塌陷机理及地面沉降规律。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105628893
【申请号】CN201610003141
【发明人】王建秀, 刘笑天, 宋东升, 殷尧, 吴林波, 邓沿生
【申请人】同济大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月4日