本次实用新型涉及的是一种建筑工程技术领域中的技术装置，具体是一种列车循环动荷载引起隧道沉降变化的模拟试验装置。
背景技术：
近年来，中国地铁运输系统发展迅猛，交通运输量大幅增加，同时引起的工程环境问题也日益突出，地铁长期行车荷载诱发的振动对环境影响显著，如地铁长期运行荷载诱发的地基较大沉降和不均匀变形是软土工程的一个重要问题。由于列车在隧道中按一定频次反复通过，隧道长期受到列车动荷载影响，导致隧道发生沉降变形，威胁行车安全。同时，不同断面形状的隧道类型在列车循环动荷载下产生的隧道沉降值也存在差异。因此长期循环动荷载是引起隧道沉降的重要因素。
经现有的技术文献检索发现，目前由于我国不同地域，土体性质差异较大，地下工程如地铁隧道建设工程中，针对隧道受长期循环动荷载作用下的沉降值研究大多以现场测试、经验及理论分析为主，尽管考虑到的影响因素越来越多，但往往与工程实际存在不同程度的偏差，仍需要不断调整与改进。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种由列车循环动荷载引起隧道沉降变化的模拟试验装置，该装置能够模拟列车循环动荷载引起隧道沉降变化。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种由列车循环动荷载引起隧道沉降变化的模拟试验装置，包括模型箱、动力加载系统、沉降监测系统、智能测振系统以及控制系统；模型箱内设置有土体，土体内设置有隧道模型，智能测振系统和动力加载系统均与隧道模型相连，沉降监测系统设置在动力加载系统上，并且动力加载系统、监测系统和智能测振系统均与控制系统相连。
本实用新型进一步的改进在于，模型箱包括钢板底座、单向橡胶角轮、三角型钢框架与有机玻璃板；钢板底座采用薄钢板，钢板底座上四角安装有单向橡胶角轮，钢板底座上设置有四块有机玻璃板，四块有机玻璃板相连并形成空腔，空腔内填充有土体，土体内设置有隧道模型。
本实用新型进一步的改进在于，动力加载系统包括电液伺服作动器、动载供给设备以及固定支撑框架，其中，电液伺服作动器固定于固定支撑框架上，动载供给设备内部设置有电动机和油压泵，电动机与油压泵相连，油压泵与电液伺服作动器相连；电动机连接有散热器。
本实用新型进一步的改进在于，固定支撑框架包括混凝土支撑板、钢管支架与固定角轮钢底板；混凝土支撑板水平设置并且高度能够调节；钢管支架为两对，并且竖直设置；混凝土支撑板与钢管支架上端连接，钢管支架下端固定于固定角轮钢底板上。
本实用新型进一步的改进在于，电液伺服作动器设置在混凝土支撑板上，并且电液伺服作动器下端穿过混凝土支撑板；固定角轮钢底板上设置有用于固定单向橡胶角轮的凹槽；固定角轮钢底板底部贴附有橡胶减震层。
本实用新型进一步的改进在于，隧道模型上设置有导向筒，并且导向筒与隧道模型通过螺栓连接；导向筒内设置有动力加荷杆，动力加荷杆一端与隧道模型相连，另一端与电液伺服作动器相连；有机玻璃板前板表面贴附有直角坐标透明刻度板，其坐标原点与隧道模型断面形心重合；隧道模型断面形状为矩形、圆形或拱形。
本实用新型进一步的改进在于，控制系统包括数据记录仪、数据处理器以及控制主机，所述数据记录仪与数据处理器相连，数据处理器与控制主机相连。
本实用新型进一步的改进在于，沉降监测系统由载荷传感器和位移传感器组成；载荷传感器和位移传感器均与数据记录仪相连；载荷传感器设置于电液电液伺服作动器的加压下端，位移传感器采用磁致伸缩位移传感器，设置于电液电液伺服作动器的缸筒一端。
本实用新型进一步的改进在于，智能测振系统包括拾振传感器、加速度转换器与智能测振仪，拾振传感器与加速度转换器相连，加速度转换器与智能测振仪相连。
本实用新型进一步的改进在于，拾振传感器与隧道模型内壁粘接。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型中智能测振系统与隧道模型相连，智能测振系统与控制系统相连，试验中通过动力加载系统设定动荷载与加压频率，模型箱土体环境的布置以及隧道模型埋深的设定均根据现场实际工程资料做以调整，并考虑不同断面形状隧道类型在列车循环动荷载下的沉降差异，所得试验结果形成对比且更为接近实际，便于列车循环动荷载下隧道长期沉降变化的分析与预测，并对隧道断面形状类型做出合理选择。
进一步的，电动机连接有散热器，用于排出工作与油压泵加压时产生的多余热量，降低设备温度，避免影响设备正常工作。
进一步的，导向筒与隧道模型通过螺栓连接，易于更换隧道模型。
附图说明
图1为本实用新型模拟试验装置示意图；
图2为本实用新型模型箱示意图；
图3为本实用新型中断面形状为矩形的隧道模型、导向筒与动力加荷杆的结构示意图；
图4为本实用新型中断面形状为圆形的隧道模型、导向筒与动力加荷杆的结构示意图；
图5为本实用新型中断面形状为拱形的隧道模型、导向筒与动力加荷杆的结构示意图；
图6为本实用新型中电液伺服作动器与固定支撑框架示意图。
图中：1、钢板底座；2、单向橡胶角轮；3、三角型钢框架；4、有机玻璃板；5、电液伺服作动器；6、动载供给设备；7、电动机；8、油压泵；9、混凝土支撑板；10、钢管支架； 11、固定角轮钢底板；12、隧道模型；13、导向筒；14、动力加荷杆；15、直角坐标透明刻度板；16、载荷传感器；17、位移传感器；18、拾振传感器；19、加速度转换器；20、智能测振仪；21、数据记录仪；22、数据处理器；23、控制主机。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段与创作特征易于明白了解，下面结合具体图示与实施例，进一步阐释本实用新型。
如图1-图6所示，一种由列车循环动荷载引起隧道沉降变化的模拟试验装置，包括模型箱、动力加载系统、隧道模型12、沉降监测系统、智能测振系统以及控制系统。模型箱内设置有土体，土体内设置有隧道模型12，智能测振系统与隧道模型12相连，动力加载系统与隧道模型12相连，用于给隧道模型12提供载荷，沉降监测系统设置在动力加载系统上，并且动力加载系统、监测系统和智能测振系统均与控制系统相连。具体结构如下：
其中，模型箱包括钢板底座1、单向橡胶角轮2、三角型钢框架3与有机玻璃板4；如图 2所示，模型箱的钢板底座1采用薄钢板，钢板底座上四角安装有单向橡胶角轮2，以便于模型箱的移动。钢板底座1上设置有4块有机玻璃板4，四块有机玻璃板4相连并形成空腔，空腔即模型箱的四周均采用有机玻璃板4，前后两个面采用完整有机玻璃板4，前有机玻璃板 4为观察窗，左右两侧的有机玻璃板4分两块组成，分为上板和下板，以便于模型箱组装拆卸。三角型钢框架3采用螺栓固定于钢板底座1上，用于保护四周的有机玻璃板4。模型箱内填充有土体，土体内设置有隧道模型12。
如图1所示，动力加载系统包括电液伺服作动器5、动载供给设备6以及固定支撑框架，其中，电液伺服作动器5固定于固定支撑框架上，通过电液伺服作动器5的射流管型电液伺服阀实现对负载压力与其缸筒位移的精确调节。动载供给设备6内部设置有电动机7和油压泵8。电动机7与油压泵8通过高压管路相连，油压泵8与电液伺服作动器5通过高压管路相连，电动机7用于给油压泵8提供动力，油压泵8主要用来给油体加压，油压泵8通过与其配套的高压管路将油体泵送至电液电液伺服作动器5，以达到设定动荷载值。电动机7连接有散热器，用于排出工作与油压泵8加压时产生的多余热量，降低设备温度，避免影响设备正常工作。
固定支撑框架用于固定需要模拟土体环境的模型箱和电液伺服作动器5，具体的，固定支撑框架包括混凝土支撑板9、钢管支架10与固定角轮钢底板11；如图1和图6所示，混凝土支撑板9水平设置，钢管支架10为两对，并且竖直设置；混凝土支撑板9与钢管支架10 上端通过螺栓连接，并且通过调节螺栓可以调整混凝土支撑板9在竖直方向上的高度，钢管支架10下端通过螺栓固定于固定角轮钢底板11上，固定角轮钢底板11根据单向橡胶角轮2 轮面宽度设置角轮滑动坡道并预制完成，固定角轮钢底板11底部贴附有橡胶减震层。固定角轮钢底板11上设置有凹槽，用于固定模型箱下的单向橡胶角轮2并减少动力加载过程中产生的震动。电液伺服作动器5设置在混凝土支撑板9上，并且电液伺服作动器5下端穿过混凝土支撑板9。
隧道模型12采用钢材制成，断面呈空心状。隧道模型12置于土体中，隧道模型12可以采用三种断面形状类型，分别为矩形、圆形或拱形。
隧道模型12上设置有导向筒13，导向筒13与隧道模型12通过螺栓连接，易于更换隧道模型12。隧道模型12埋置深度根据试验要求确定。导向筒13内设置有动力加荷杆14，动力加荷杆14一端与隧道模型12相连，另一端与电液伺服作动器5相连。动力加荷杆14主要用来连接电液电液伺服作动器5下端加荷点与隧道模型底部受荷点，以传递电液电液伺服作动器5施加的循环动力荷载。导向筒13用于为动力加荷杆14提供加载通路并保护加荷杆。
以隧道模型12断面形心为原点，将直角坐标透明刻度板15贴附于模型箱的前有机玻璃板3表面，其坐标原点与隧道模型12断面形心重合，为满足精度要求其最小刻度为0.1mm，以观察、记录隧道模型12在循环动载下的沉降值。
控制系统包括数据记录仪21、数据处理器22以及控制主机23，所述数据记录仪21与数据处理器22相连，数据处理器22与控制主机23相连。控制主机19主要用于设定试验参数，将获取不同加载频率下的动荷载数据分别与对应隧道模型12底端位移数据及模型内部测点多方向的位移数据进行关系曲线拟合，形成图像，以预测不同测点位移随循环动载下的变化趋势。
沉降监测系统由载荷传感器16和位移传感器17组成；载荷传感器16和位移传感器17 均与控制系统的数据记录仪21相连。沉降监测系统实时记录隧道沉降监测数据并传输给数据记录仪21。具体的，载荷传感器16设置于电液伺服作动器5加压下端，用于实时监测循环动载施加值，通过导线连接数据记录仪21的压力接口以输出载荷数据。位移传感器17采用磁致伸缩位移传感器，设置于电液电液伺服作动器5缸筒一端，用于实时监测隧道模型12底部位移值，通过导线连接数据记录仪21的位移接口以输出位移数据。数据记录仪21主要用来采集载荷传感器16、位移传感器17等监测到的压力数据、隧道模型底部的位移数据。数据处理器22主要用来处理和分析数据记录仪21与智能测振仪20采集到的数据，首先对采集到的数据进行筛分，通过参数分析模块进行差值分析，剔除错误、重复以及误差较大的数据。数据处理器22将整理后的试验数据传输至控制主机23。其中，通过参数分析模块进行差值分析是本领域技术人员公知的技术。
智能测振系统包括拾振传感器18、加速度转换器19与智能测振仪20，拾振传感器18通过导线与加速度转换器19相连，加速度转换器19通过导线与智能测振仪20相连；其中拾振传感器18根据表面水准泡调平放置并采用生石膏粉与隧道模型12内壁刚性粘接，水准泡面箭头方向设定为x方向并指向模型箱观察窗，拾振传感器18用于监测与采集x、y与z方向的振动速度值。加速度转换器19将所测振动速度值转换为加速度值。智能测振仪20用于接收、预览和查看加速度转换器19转换后的数据并与数据处理器22连接。数据处理器22对振动加速度数据处理换算为位移数据。
试验准备时，将采集土样均匀并依次由模型箱底部向上分层压实布置一层土体，然后将隧道模型12放置在土体表面，同时将拾振传感器18按试验指定方向刚性粘接在隧道模型12 内壁并继续分层击实土体直到隧道模型12达到试验设定的埋置深度。布置好模拟土体之后以隧道模型12中心为原点将直角坐标透明刻度板15贴附在观测窗有机玻璃板4表面，最后模型箱通过固定支撑框架下固定角轮钢底板11滑动坡道移动至钢板中固定角轮凹槽内完成箱体固定。调整混凝土支撑板9的竖直高度，使电液伺服作动器5下端靠近动力加荷杆14顶端完成固定连接。将电液伺服作动器5的电液伺服阀导线接入控制主机23。分别将载荷传感器 16与位移传感器17的连接导线接入数据记录仪21。将智能测振仪20导线接入数据处理器 22。
试验操作时，控制主机23设定基准起始动荷载值，试验参数存储间隔及动荷载频率值并启动试验，动载供给设备6接收控制主机23指令，内置电动机7推动油压泵8对油体加压，油体经配套高压管路流入电液伺服阀，电液伺服作动器5接收控制主机23指令后通过电液伺服阀精准调节负载压力与缸筒位移，载荷传感器16实时输出动荷载施加值，当达到基准起始动荷载值时位移传感器17实时输出隧道模型12底端位移值，试验数据经数据记录仪21传输至数据处理器22。同时拾振传感器18实时输出测点x，y，z方向的振动速度值，经加速度转换器19加速度值后通过智能测振仪20接收、预览和查看振动数据并传输至数据处理器22。数据处理器22对振动加速度数据处理换算为位移数据，并通过相应的分析软件首先对采集到的数据进行筛分，通过参数分析模块进行差值分析，剔除错误、重复以及误差较大的数据，将整理后的试验数据传输至控制主机23。控制主机23将整理后不同加载频率下的动荷载数据分别与对应隧道模型12底端位移数据及模型内部测点多方向的位移数据进行关系曲线拟合成图像，以预测不同测点位移随循环动载下的变化趋势。同时采集透明刻度板15的位移变化数据，观察、记录试验现象，并根据试验结果预测长期循环动载下土体的沉降变化趋势。
每一次试验完成后均需重新布置模型箱内土体环境并更可换不同断面形状隧道模型12。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域的技术人员来说，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型的各种变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。