CN108333036B - 高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟地震‑降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，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。该模型实验装置包括降雨模拟系统、地震模拟系统、组合模型系统、地表密集建筑系统、软土、孤石群、传感系统、隧道系统、传导系统、车辆振动系统、中央控制系统。本发明可以模拟极端降雨环境下，地震灾害环境下，降雨环境、地震环境、降雨地震组合环境作用下引发地面长期沉降的影响；可以模拟城市高密集区地铁运营时任意位置车辆荷载振动耦合作用对土体长期沉降的影响，具有环境模拟逼真度高、实验可重复性、实验不限极端环境限制、数据可靠、操作性强等特点。

Description

高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置

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，尤其是涉及模拟地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置。

背景技术

我国许多特大城市均处在地震易发多发地带，特大城市中的高密集区是整个城市的商业中心、金融贸易中心、娱乐中心、文化中心，是城市人流的汇集点，一旦地震发生，对城市造成的人员伤亡及财产损失极为严重。地震发生的同时伴有强降雨，震后还可能发生洪涝灾害，而城市高密集区地下交通网络发达，隧道近距离交叠穿越，该区域由于长期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，在强降雨激发作用下，极易导致地面长期沉降，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。现有特大城市隧道近距离交叠穿越引起地面沉降的模型实验研究，主要是针对交叠隧道施工期的工后短期沉降研究，对涉及城市高密集区隧道近距离交叠穿越运营引起的地面长期沉降研究较少，没有考虑地震-降雨联合作用对地面长期沉降的影响，与此相关的模型实验研究极少。因此，如何精确可靠地监测地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降，对揭示交叠隧道运营引起的地面长期沉降核心安全风险的形成与演化机理，防治城市地震灾害对生态环境的破坏以及防治城市地震灾害引发的次生灾害及衍生灾害有重要意义。

中国专利CN104390629B公开了一种确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降的方法，包括步骤：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，没有涉及利用模型试验对地震-降雨联合作用对地面长期沉降的影响进行研究，也没有考虑高密集区交叠隧道运营对地面长期沉降的影响。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种模拟地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，该模型实验装置具有环境模拟逼真度高、实验可重复性、实验不限极端环境限制、数据可靠、操作性强等特点。

为了实现上述目标，本发明提出了如下技术方案：

一种高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，应用于模拟地震-降雨作用条件下，包括降雨模拟系统、地震模拟系统、组合模型系统、地表密集建筑系统、软土、孤石群、传感系统、隧道系统、传导系统、车辆振动系统、中央控制系统；

所述组合模型系统的内部铺设软土，所述组合模型系统的底部设地震模拟系统；

所述软土的上层表面设地表密集建筑系统，所述软土的中部设交叠分布的隧道系统；

所述隧道系统中布设有孤石群和车辆振动系统；

所述降雨模拟系统设在组合模型系统的上部，并覆盖地表密集建筑系统；

所述隧道系统中设有传感系统，所述传感系统布设在软土表面；

所述地震模拟系统、车辆振动系统和传感系统均通过传导系统与中央控制系统相连。

进一步，所述地震模拟系统包括第一激振弹簧、第二激振弹簧、第三激振弹簧、第四激振弹簧、第一地震模拟激振器、第二地震模拟激振器、第三地震模拟激振器、第四地震模拟激振器；

所述组合模型系统的底面四角分别设第一激振弹簧、第二激振弹簧、第三激振弹簧、第四激振弹簧；

所述第一激振弹簧内设第一地震模拟激振器，所述第二激振弹簧内设第二地震模拟激振器，所述第三激振弹簧内设第三地震模拟激振器，所述第四激振弹簧内安设第四地震模拟激振器；

进一步，所述传导系统包括第一多芯传导线；

所述中央控制系统包括地震模拟激振控制器；

所述第一多芯传导线的一端与第一地震模拟激振器、第二地震模拟激振器、第三地震模拟激振器、第四地震模拟激振器串联连接，所述第一多芯传导线的另一端与地震模拟激振控制器相连。

进一步，所述隧道系统包括第一隧道、第二隧道、第一隧道伸缩杆、第二隧道伸缩杆、第三隧道伸缩杆、第四隧道伸缩杆、第五隧道伸缩杆、第六隧道伸缩杆、第七隧道伸缩杆、第八隧道伸缩杆、第九隧道伸缩杆、第十隧道伸缩杆、第一减震弹簧、第二减震弹簧、第三减震弹簧、第四减震弹簧、第五减震弹簧、第六减震弹簧、第七减震弹簧、第八减震弹簧、第九减震弹簧、第十减震弹簧、第一柔性接口、第二柔性接口、第三柔性接口、第四柔性接口、第一架空车辆运营路基、第二架空车辆运营路基；

所述第一隧道和第二隧道交叠分布在软土的中部；所述第一隧道的两侧和第二隧道的下部设有孤石群；

所述第一隧道伸缩杆上端设第一减震弹簧，第二隧道伸缩杆上端设第二减震弹簧，第三隧道伸缩杆上端设第三减震弹簧，第四隧道伸缩杆上端设第四减震弹簧，第五隧道伸缩杆上端设第五减震弹簧；所述第一隧道伸缩杆、第二隧道伸缩杆、第三隧道伸缩杆、第四隧道伸缩杆、第五隧道伸缩杆依次等间距安设在第一隧道半圆弧部分的下端；

所述第六隧道伸缩杆上端设第六减震弹簧，第七隧道伸缩杆上端设第七减震弹簧，第八隧道伸缩杆上端设第八减震弹簧，第九隧道伸缩杆上端设第九减震弹簧，第十隧道伸缩杆上端设第十减震弹簧，第六隧道伸缩杆、第七隧道伸缩杆、第八隧道伸缩杆、第九隧道伸缩杆、第十隧道伸缩杆依次设在第二隧道半圆弧部分的下端；

所述第一柔性接口、第二柔性接口设在第一隧道与第一架空车辆运营路基的连接处，第三柔性接口、第四柔性接口设在第二隧道与第二架空车辆运营路基的连接处。

进一步，所述孤石群包括第一孤石、第二孤石、第三孤石、第四孤石；

所述第一孤石、第二孤石布设在第一隧道的两侧，所述第三孤石、第四孤石布设在第二隧道的下端。

进一步，所述传感系统包括第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、第五传感器、第六传感器、第七传感器、第八传感器、第九传感器；

所述传导系统包括第四多芯传导线、第五多芯传导线、第六多芯传导线；

所述中央控制系统包括传感控制器；

所述第一传感器、第二传感器、第三传感器均与第四多芯传导线串联连接，且等间距设在软土的表面；所述第四多芯传导线的一端与第一传感器、第二传感器、第三传感器串联，另一端与传感控制器相连；

所述第四传感器、第五传感器、第六传感器均与第五多芯传导线串联连接，且等间距安设在第一隧道的上端；所述第五多芯传导线的一端与第四传感器、第五传感器、第六传感器串联，另一端与传感控制器相连；

所述第七传感器、第八传感器、第九传感器均与第六多芯传导线串联连接，并等间距设在第二隧道的下端；

所述第六多芯传导线的一端与第七传感器、第八传感器、第九传感器串联，另一端与传感控制器连接。

进一步，所述车辆振动系统包括第一小车平台、第二小车平台、第一车辆模拟激振器、第二车辆模拟激振器、第三车辆模拟激振器、第四车辆模拟激振器、第五车辆模拟激振器、第六车辆模拟激振器；

所述传导系统包括第二多芯传导线、第三多芯传导线；

所述中央控制系统包括车辆模拟激振控制器；

所述第一小车平台的左端、中间、右端分别安设第一车辆模拟激振器、第二车辆模拟激振器、第三车辆模拟激振器，第二多芯传导线的一端分别与第一车辆模拟激振器、第二车辆模拟激振器、第三车辆模拟激振器串联连接，另一端与车辆模拟激振控制器连接。第二小车平台的左端、中间、右端分别安设第四车辆模拟激振器、第五车辆模拟激振器、第六车辆模拟激振器，第三多芯传导线的一端分别与第四车辆模拟激振器、第五车辆模拟激振器、第六车辆模拟激振器串联连接，另一端与车辆模拟激振控制器连接。

进一步，所述地表密集建筑系统包括第一建筑、第二建筑、第三建筑、第四建筑、第五建筑、第六建筑、第七建筑、第八建筑、第九建筑、第十建筑、第十一建筑、第十二建筑、第十三建筑、第十四建筑、第十五建筑、第十六建筑、道路；

所述道路设在软土表层的中部；所述第一建筑、第二建筑、第三建筑、第四建筑、第五建筑、第六建筑均呈直线等间距布设在道路的左端；所述第七建筑、第八建筑、第九建筑、第十建筑、第十一建筑均呈直线等间距布设在道路的右端；所述第十二建筑、第十三建筑、第十四建筑、第十五建筑、第十六建筑均呈直线等间距布设在软土的最右端。

进一步，所述降雨模拟系统包括降雨动力泵、降雨管、降雨储水器、全断面降雨器、降雨伸缩杆、联接器、固定平台、水量控制开关；

所述传导系统包括第七多芯传导线；

所述中央控制系统包括水量控制器；

所述全断面降雨器覆盖地表密集建筑系统；所述降雨模拟系统通过降雨管与降雨动力泵、降雨储水器、全断面降雨器连接；所述降雨动力泵与降雨储水器、降雨储水器与全断面降雨器的连接口分别用联接器连接；在连接降雨储水器与全断面降雨器的降雨管上安装水量控制开关；降雨储水器通过降雨伸缩杆和固定平台支撑；

所述第七多芯传导线一端与水量控制开关相连，另一端与水量控制器相连，水量控制器可设置不同强度等级的水量。

进一步，所述组合模型系统包括侧面和底面；

所述侧面包括第一箱体面、第二箱体面、第三箱体面、第四箱体面；

所述底面包括第五箱体面；

所述第一箱体面、第二箱体面、第三箱体面、第四箱体面和第五箱体面通过锁扣拼接；

所述第三箱体面的底部设箱体排水口。

本发明的工作方式为：

地震模拟系统工作时，降雨模拟系统开始喷水模拟不同强度的降雨，车辆振动系统开始模拟地铁运营时车辆振动荷载，传感系统采集土层的沉降数据，传导系统将降雨模拟系统、地震模拟系统、传感系统、车辆振动系统与中央控制系统的数据进行双向传递。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明通过在组合模型系统的上部安设全断面降雨器和降雨储水器，全断面降雨器覆盖地表密集建筑系统，利用安设的水量控制开关设置不同强度等级的降雨量，以模拟极端降雨环境；通过在组合模型系统中的第五箱体面的四角安设若干激振弹簧，并在对应的激振弹簧内安设地震模拟激振器，以模拟地震灾害环境；通过极端降雨和地震灾害环境的优化组合，实现精确模拟降雨环境、地震环境、降雨地震组合环境作用下引发地面长期沉降的模型实验研究。

2.本发明通过在软土的上部构设地表密集建筑群以模拟城市高密集区，在软土的中部构设交叠交叉的第一隧道和第二隧道以模拟运营车辆在交叠隧道内的振动荷载，在第一隧道与第一架空车辆运营路基间、第二隧道与第二架空车辆运营路基间分别安设若干柔性接口，利用第一小车平台和第二小车平台搭载若干车辆模拟激振器，以模拟运营车辆处于非隧道区间时的随机振动荷载；通过城市高密集区上部集中荷载-运营车辆在交叠隧道内的振动荷载-运营车辆处于非隧道区间时的随机振动荷载的组合作用，实现城市高密集区地铁运营时任意位置车辆荷载振动耦合作用对土体长期沉降的影响，具有环境模拟逼真度高、实验可重复性、实验不限极端环境限制、数据可靠、操作性强等特点。

附图说明

图1为高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置的主视结构剖面示意图。

图2为图1主视结构的左视面剖面示意图。

图3为图1去除降雨模拟系统后的主视结构俯视示意图。

图4为图1主视结构的正视面外观示意图。

图5为图1主视结构的左视面外观示意图。

图6为图1的主视结构的俯视示意图。

图7为图1的工作状态示意图。

附图标记说明

1为降雨模拟系统、2为地震模拟系统、3为组合模型系统、4为地表密集建筑系统、5为软土、6为孤石群、7为传感系统、8为隧道系统、9为传导系统、10为车辆振动系统、11为中央控制系统、101为降雨动力泵、102为降雨管、103为降雨储水器、104为全断面降雨器、105为降雨伸缩杆、106为联接器、107为固定平台、108为水量控制开关、202为第二激振弹簧、203为第三激振弹簧、204为第四激振弹簧、、206为第二地震模拟激振器、207为第三地震模拟激振器、208为第四地震模拟激振器、301为第一箱体面、302为第二箱体面、303为第三箱体面、306为箱体排水口、308为第二预留口、309为第三预留口309、311为锁扣、401为第一建筑、402为第二建筑、403为第三建筑、404为第四建筑、405为第五建筑、406为第六建筑、407为第七建筑、408为第八建筑、409为第九建筑、410为第十建筑、411为第十一建筑、412为第十二建筑、413为第十三建筑、414为第十四建筑、415为第十五建筑415、416为第十六建筑、417为道路4、5为软土、601为第一孤石、602为第二孤石、603为第三孤石、604为第四孤石、701为第一传感器、702为第二传感器、703为第三传感器、704为第四传感器、705为第五传感器、706为第六传感器、707为第七传感器、708为第八传感器、709为第九传感器、801为第一隧道、802为第二隧道、803为第一隧道伸缩杆、805为第三隧道伸缩杆、807为第五隧道伸缩杆、808为第六隧道伸缩杆、810为第八隧道伸缩杆、812为第十隧道伸缩杆、813为第一减震弹簧、815为第三减震弹簧、817为第五减震弹簧、818为第六减震弹簧、820为第八减震弹簧、823为第一柔性接口、824为第二柔性接口、825为第三柔性接口、826为第四柔性接口、901为第一多芯传导线、902为第二多芯传导线、903为第三多芯传导线、904为第四多芯传导线、905为第五多芯传导线、906为第六多芯传导线、907为第七多芯传导线、1001为第一小车平台、1002为第二小车平台、1003为第一车辆模拟激振器、1004为第二车辆模拟激振器、1005为第三车辆模拟激振器、1006为第四车辆模拟激振器、1007为第五车辆模拟激振器、1008为第六车辆模拟激振器、1101为水量控制器、1102为地震模拟激振控制器、1103为车辆模拟激振控制器、1104为传感控制器、1105为保护壳。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1～图7所示，模拟地震-降雨作用下高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，包括降雨模拟系统1、地震模拟系统2、组合模型系统3、地表密集建筑系统4、软土5、孤石群6、传感系统7、隧道系统8、传导系统9、车辆振动系统10、中央控制系统11。

降雨模拟系统1，包括降雨动力泵101、降雨管102、降雨储水器103、全断面降雨器104、降雨伸缩杆105、联接器106、固定平台107、水量控制开关108。

地震模拟系统2，包括第一激振弹簧、第二激振弹簧202、第三激振弹簧203、第四激振弹簧204、第一地震模拟激振器、第二地震模拟激振器206、第三地震模拟激振器207、第四地震模拟激振器208。

组合模型系统3，包括第一箱体面301、第二箱体面302、第三箱体面303、第四箱体面、第五箱体面、箱体排水口306、第一预留口、第二预留口308、第三预留口309、第四预留口、锁扣311。

地表密集建筑系统4，包括第一建筑401、第二建筑402、第三建筑403、第四建筑404、第五建筑405、第六建筑406、第七建筑407、第八建筑408、第九建筑409、第十建筑410、第十一建筑411、第十二建筑412、第十三建筑413、第十四建筑414、第十五建筑415、第十六建筑416、道路417。

软土5。

孤石群6，包括第一孤石601、第二孤石602、第三孤石603、第四孤石604。

传感系统7，包括第一传感器701、第二传感器702、第三传感器703、第四传感器704、第五传感器705、第六传感器706、第七传感器707、第八传感器708、第九传感器709。

隧道系统8，包括第一隧道801、第二隧道802、第一隧道伸缩杆803、第二隧道伸缩杆、第三隧道伸缩杆805、第四隧道伸缩杆、第五隧道伸缩杆807、第六隧道伸缩杆808、第七隧道伸缩杆、第八隧道伸缩杆810、第九隧道伸缩杆、第十隧道伸缩杆812、第一减震弹簧813、第二减震弹簧、第三减震弹簧815、第四减震弹簧、第五减震弹簧817、第六减震弹簧818、第七减震弹簧、第八减震弹簧820、第九减震弹簧、第十减震弹簧、第一柔性接口823、第二柔性接口824、第三柔性接口825、第四柔性接口826、第一架空车辆运营路基827、第二架空车辆运营路基828。

传导系统9，包括第一多芯传导线901、第二多芯传导线902、第三多芯传导线903、第四多芯传导线904、第五多芯传导线905、第六多芯传导线906、第七多芯传导线907。

车辆振动系统10，包括第一小车平台1001、第二小车平台1002、第一车辆模拟激振器1003、第二车辆模拟激振器1004、第三车辆模拟激振器1005、第四车辆模拟激振器1006、第五车辆模拟激振器1007、第六车辆模拟激振器1008。

中央控制系统11，包括水量控制器1101、地震模拟激振控制器1102、车辆模拟激振控制器1103、传感控制器1104、保护壳1105。

本发明实现的原理为：

将降雨模拟系统1安设在组合模型系统3的上部，降雨模拟系统1内设的全断面降雨器104覆盖地表密集建筑系统4；在组合模型系统3的内部铺设软土5，在其底部安设地震模拟系统2；在软土5的上层表面设地表密集建筑系统4，在其中部设交叠分布的第一隧道801和第二隧道802；在第一隧道801的两侧和第二隧道802的下部设有孤石群6；在隧道系统8的内部布设车辆振动系统10；传感系统7分别布设在软土5的表面、第一隧道801的上部和第二隧道802的下部；地震模拟系统2、车辆振动系统10和传感系统7均通过传导系统9与中央控制系统11相连。地震模拟系统2工作时，降雨模拟系统1开始喷水模拟不同强度的降雨，车辆振动系统10开始模拟地铁运营时车辆振动荷载，传感系统7采集土层的沉降数据，传导系统9将降雨模拟系统1、地震模拟系统2、传感系统7、车辆振动系统10与中央控制系统11的数据进行双向传递。

降雨模拟系统1通过降雨管102与降雨动力泵101、降雨储水器103、全断面降雨器104连接，降雨动力泵101与降雨储水器103、降雨储水器103与全断面降雨器104的连接口分别用联接器106连接；在连接降雨储水器103与全断面降雨器104的降雨管102上安装水量控制开关108；降雨储水器103通过降雨伸缩杆105和固定平台107支撑，第七多芯传导线907一端与水量控制开关108相连，另一端与水量控制器1101相连，水量控制器1101可设置不同强度等级的水量；降雨模拟系统1中的降雨动力泵101，采用高扬程且抽水效率高的离心泵，降雨管102采用PPR制作并用热溶连接；降雨储水器103采用耐腐蚀的不锈钢材制作，全断面降雨器104采用能使喷水细小均匀的铜制雾化喷头，降雨伸缩杆105由碳素钢制成，强度硬度相对较大；固定平台106为质轻木材，联接器107为合金钢材料螺纹活接头，以增加系统的便利性和适用性。

在组合模型系统3中的第五箱体面的四角分别安设第一激振弹簧、第二激振弹簧202、第三激振弹簧203、第四激振弹簧204，在第一激振弹簧内安设第一地震模拟激振器，在第二激振弹簧202内安设第二地震模拟激振器206，在第三激振弹簧203内安设第三地震模拟激振器207，在第四激振弹簧204内安设第四地震模拟激振器208。第一多芯传导线901的一端与第一地震模拟激振器、第二地震模拟激振器206、第三地震模拟激振器207、第四地震模拟激振器208串联连接，另一端与地震模拟激振控制器1102相连。第一激振弹簧、第二激振弹簧202、第三激振弹簧203、第四激振弹簧204均采用具有良好韧性和易震动性的高锰钢弹簧，且承载能力大，以更好地模拟地震的效果。

组合模型系统3是由第一箱体面301、第二箱体面302、第三箱体面303、第四箱体面和第五箱体面通过锁扣311拼接，确保组合模型系统3的密封性和安全性。在第三箱体面303的底部设箱体排水口306，在第五箱体面的四角分别设第一预留口、第二预留口308、第三预留口309、第四预留口，第一箱体面301、第二箱体面302、第三箱体面303、第四箱体面和第五箱体面的材料均选用耐腐蚀的有机玻璃。

地表密集建筑系统4中的道路417安设在软土5表层的中部，第一建筑401、第二建筑402、第三建筑403、第四建筑404、第五建筑405、第六建筑406均呈直线等间距布设在道路417的左端；第七建筑407、第八建筑408、第九建筑409、第十建筑410、第十一建筑411均呈直线等间距布设在道路417的右端；第十二建筑412、第十三建筑413、第十四建筑414、第十五建筑415、第十六建筑416均呈直线等间距布设在软土5的最右端。所有建筑物由混凝土试块代替，道路417由预制混凝土铺设。

软土5为天然含水量大、压缩性高、承载力、抗剪强度低的呈软塑～流塑状态的黏性土。

孤石群6中的第一孤石601、第二孤石602布设在第一隧道801的两侧，第三孤石603、第四孤石604布设在第二隧道802的下端。

传感系统7中的第一传感器701、第二传感器702、第三传感器703均与第四多芯传导线904串联连接，且等间距安设在软土5的表面，第四多芯传导线904的一端与第一传感器701、第二传感器702、第三传感器703串联，另一端与传感控制器1104相连，第四传感器704、第五传感器705、第六传感器706均与第五多芯传导线905串联连接，且等间距安设在第一隧道801的上端，第五多芯传导线905的一端与第四传感器704、第五传感器705、第六传感器706串联，另一端与传感控制器1104相连；第七传感器707、第八传感器708、第九传感器709均与第六多芯传导线906串联连接，并等间距安设在第二隧道802的下端；第六多芯传导线906的一端与第七传感器707、第八传感器708、第九传感器709串联，另一端与传感控制器1104连接。

隧道系统8由呈交叠交叉的第一隧道801和第二隧道802组成。在第一隧道伸缩杆803上端安设第一减震弹簧813，第二隧道伸缩杆上端安设第二减震弹簧，第三隧道伸缩杆805上端安设第三减震弹簧815，第四隧道伸缩杆上端安设第四减震弹簧，第五隧道伸缩杆807上端安设第五减震弹簧817。第一隧道伸缩杆803、第二隧道伸缩杆、第三隧道伸缩杆805、第四隧道伸缩杆、第五隧道伸缩杆807依次等间距安设在第一隧道801半圆弧部分的下端；在第六隧道伸缩杆808上端安设第六减震弹簧818，第七隧道伸缩杆上端安设第七减震弹簧，第八隧道伸缩杆810上端安设第八减震弹簧820，第九隧道伸缩杆上端安设第九减震弹簧，第十隧道伸缩杆812上端安设第十减震弹簧，第六隧道伸缩杆808、第七隧道伸缩杆、第八隧道伸缩杆810、第九隧道伸缩杆、第十隧道伸缩杆812依次安设在第二隧道802半圆弧部分的下端。第一柔性接口823、第二柔性接口824安设在第一隧道801与第一架空车辆运营路基827的连接处，第三柔性接口825、第四柔性接口826安设在第二隧道802与第二架空车辆运营路基828的连接处，全部伸缩杆均采用质轻的不锈钢材制作，弹簧为韧性好的高锰钢弹簧，柔性接口为橡胶材料，防止组合模型系统3振动时与箱体外隧道过渡处发生断裂破坏。

在车辆振动系统10中的第一小车平台1001的左端、中间、右端分别安设第一车辆模拟激振器1003、第二车辆模拟激振器1004、第三车辆模拟激振器1005，第二多芯传导线902的一端分别与第一车辆模拟激振器1003、第二车辆模拟激振器1004、第三车辆模拟激振器1005串联连接，另一端与车辆模拟激振控制器1103连接。第二小车平台1002的左端、中间、右端分别安设第四车辆模拟激振器1006、第五车辆模拟激振器1007、第六车辆模拟激振器1008，第三多芯传导线903的一端分别与第四车辆模拟激振器1006、第五车辆模拟激振器1007、第六车辆模拟激振器1008串联连接，另一端与车辆模拟激振控制器1103连接。每个激振器既可独立工作也可共同工作，以模拟地铁运营时车辆在任意位置产生的车辆振动荷载。

中央控制系统11，由安设在保护壳1105内的水量控制器1101、模拟地震激振控制器1102、模拟车辆激振控制器1103、传感控制器1104组成，且各控制器独立工作，以采集长期沉降数据。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，应用于模拟地震-降雨作用条件下，其特征在于：包括降雨模拟系统(1)、地震模拟系统(2)、组合模型系统(3)、地表密集建筑系统(4)、软土(5)、孤石群(6)、传感系统(7)、隧道系统(8)、传导系统(9)、车辆振动系统(10)、中央控制系统(11)；

所述组合模型系统(3)的内部铺设软土(5)，所述组合模型系统(3)的底部设地震模拟系统(2)；

所述软土(5)的上层表面设地表密集建筑系统(4)，所述软土(5)的中部设交叠分布的隧道系统(8)；

所述隧道系统(8)中布设有孤石群(6)和车辆振动系统(10)；

所述降雨模拟系统(1)设在组合模型系统(3)的上部，并覆盖地表密集建筑系统(4)；

所述隧道系统(8)中设有传感系统(7)，所述传感系统(7)布设在软土(5)表面；

所述地震模拟系统(2)、车辆振动系统(10)和传感系统(7)均通过传导系统(9)与中央控制系统(11)相连；

所述地震模拟系统(2)包括第一激振弹簧、第二激振弹簧(202)、第三激振弹簧(203)、第四激振弹簧(204)、第一地震模拟激振器、第二地震模拟激振器(206)、第三地震模拟激振器(207)、第四地震模拟激振器(208)；

所述组合模型系统(3)的底面四角分别设第一激振弹簧、第二激振弹簧(202)、第三激振弹簧(203)、第四激振弹簧(204)；

所述第一激振弹簧内设第一地震模拟激振器，所述第二激振弹簧(202)内设第二地震模拟激振器(206)，所述第三激振弹簧(203)内设第三地震模拟激振器(207)，所述第四激振弹簧(204)内安设第四地震模拟激振器(208)；

所述隧道系统(8)包括第一隧道(801)、第二隧道(802)、第一隧道伸缩杆(803)、第二隧道伸缩杆、第三隧道伸缩杆(805)、第四隧道伸缩杆、第五隧道伸缩杆(807)、第六隧道伸缩杆(808)、第七隧道伸缩杆、第八隧道伸缩杆(810)、第九隧道伸缩杆、第十隧道伸缩杆(812)、第一减震弹簧(813)、第二减震弹簧、第三减震弹簧(815)、第四减震弹簧、第五减震弹簧(817)、第六减震弹簧(818)、第七减震弹簧、第八减震弹簧(820)、第九减震弹簧、第十减震弹簧、第一柔性接口(823)、第二柔性接口(824)、第三柔性接口(825)、第四柔性接口(826)、第一架空车辆运营路基(827)、第二架空车辆运营路基(828)；

所述第一隧道(801)和第二隧道(802)交叠分布在软土(5)的中部；所述第一隧道(801)的两侧和第二隧道(802)的下部设有孤石群(6)；

所述第一隧道伸缩杆(803)上端设第一减震弹簧(813)，第二隧道伸缩杆上端设第二减震弹簧，第三隧道伸缩杆(805)上端设第三减震弹簧(815)，第四隧道伸缩杆上端设第四减震弹簧，第五隧道伸缩杆(807)上端设第五减震弹簧(817)；所述第一隧道伸缩杆(803)、第二隧道伸缩杆、第三隧道伸缩杆(805)、第四隧道伸缩杆、第五隧道伸缩杆(807)依次等间距安设在第一隧道(801)半圆弧部分的下端；

所述第六隧道伸缩杆(808)上端设第六减震弹簧(818)，第七隧道伸缩杆上端设第七减震弹簧，第八隧道伸缩杆(810)上端设第八减震弹簧(820)，第九隧道伸缩杆上端设第九减震弹簧，第十隧道伸缩杆(812)上端设第十减震弹簧，第六隧道伸缩杆(808)、第七隧道伸缩杆、第八隧道伸缩杆(810)、第九隧道伸缩杆、第十隧道伸缩杆(812)依次设在第二隧道(802)半圆弧部分的下端；

所述第一柔性接口(823)、第二柔性接口(824)设在第一隧道(801)与第一架空车辆运营路基(827)的连接处，第三柔性接口(825)、第四柔性接口(826)设在第二隧道(802)与第二架空车辆运营路基(828)的连接处；

所述车辆振动系统(10)包括第一小车平台(1001)、第二小车平台(1002)、第一车辆模拟激振器(1003)、第二车辆模拟激振器(1004)、第三车辆模拟激振器(1005)、第四车辆模拟激振器(1006)、第五车辆模拟激振器(1007)、第六车辆模拟激振器(1008)；

所述传导系统(9)包括第二多芯传导线(902)、第三多芯传导线(903)；

所述中央控制系统(11)包括车辆模拟激振控制器(1103)；

所述第一小车平台(1001)的左端、中间、右端分别安设第一车辆模拟激振器(1003)、第二车辆模拟激振器(1004)、第三车辆模拟激振器(1005)，第二多芯传导线(902)的一端分别与第一车辆模拟激振器(1003)、第二车辆模拟激振器(1004)、第三车辆模拟激振器(1005)串联连接，另一端与车辆模拟激振控制器(1103)连接；第二小车平台(1002)的左端、中间、右端分别安设第四车辆模拟激振器(1006)、第五车辆模拟激振器(1007)、第六车辆模拟激振器(1008)，第三多芯传导线(903)的一端分别与第四车辆模拟激振器(1006)、第五车辆模拟激振器(1007)、第六车辆模拟激振器(1008)串联连接，另一端与车辆模拟激振控制器(1103)连接；

所述降雨模拟系统(1)包括降雨动力泵(101)、降雨管(102)、降雨储水器(103)、全断面降雨器(104)、降雨伸缩杆(105)、联接器(106)、固定平台(107)、水量控制开关(108)；

所述传导系统(9)包括第七多芯传导线(907)；

所述中央控制系统(11)包括水量控制器(1101)；

所述全断面降雨器(104)覆盖地表密集建筑系统(4)；所述降雨模拟系统(1)通过降雨管(102)与降雨动力泵(101)、降雨储水器(103)、全断面降雨器(104)连接；所述降雨动力泵(101)与降雨储水器(103)、降雨储水器(103)与全断面降雨器(104)的连接口分别用联接器(106)连接；在连接降雨储水器(103)与全断面降雨器(104)的降雨管(102)上安装水量控制开关(108)；降雨储水器(103)通过降雨伸缩杆(105)和固定平台(107)支撑；

所述第七多芯传导线(907)一端与水量控制开关(108)相连，另一端与水量控制器(1101)相连，水量控制器(1101)可设置不同强度等级的水量。

2.根据权利要求1所述的高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述传导系统(9)包括第一多芯传导线(901)；

所述中央控制系统(11)包括地震模拟激振控制器(1102)；

所述第一多芯传导线(901)的一端与第一地震模拟激振器、第二地震模拟激振器(206)、第三地震模拟激振器(207)、第四地震模拟激振器(208)串联连接，所述第一多芯传导线(901)的另一端与地震模拟激振控制器(1102)相连。

3.根据权利要求2所述的高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述孤石群(6)包括第一孤石(601)、第二孤石(602)、第三孤石(603)、第四孤石(604)；

所述第一孤石(601)、第二孤石(602)布设在第一隧道(801)的两侧，所述第三孤石(603)、第四孤石(604)布设在第二隧道(802)的下端。

4.根据权利要求2所述的高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述传感系统(7)包括第一传感器(701)、第二传感器(702)、第三传感器(703)、第四传感器(704)、第五传感器(705)、第六传感器(706)、第七传感器(707)、第八传感器(708)、第九传感器(709)；

所述传导系统(9)包括第四多芯传导线(904)、第五多芯传导线(905)、第六多芯传导线(906)；

所述中央控制系统(11)包括传感控制器(1104)；

所述第一传感器(701)、第二传感器(702)、第三传感器(703)均与第四多芯传导线(904)串联连接，且等间距设在软土(5)的表面；所述第四多芯传导线(904)的一端与第一传感器(701)、第二传感器(702)、第三传感器(703)串联，另一端与传感控制器(1104)相连；

所述第四传感器(704)、第五传感器(705)、第六传感器(706)均与第五多芯传导线(905)串联连接，且等间距安设在第一隧道(801)的上端；所述第五多芯传导线(905)的一端与第四传感器(704)、第五传感器(705)、第六传感器(706)串联，另一端与传感控制器(1104)相连；

所述第七传感器(707)、第八传感器(708)、第九传感器(709)均与第六多芯传导线(906)串联连接，并等间距设在第二隧道(802)的下端；

所述第六多芯传导线(906)的一端与第七传感器(707)、第八传感器(708)、第九传感器(709)串联，另一端与传感控制器(1104)连接。

5.根据权利要求1所述的高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述地表密集建筑系统(4)包括第一建筑(401)、第二建筑(402)、第三建筑(403)、第四建筑(404)、第五建筑(405)、第六建筑(406)、第七建筑(407)、第八建筑(408)、第九建筑(409)、第十建筑(410)、第十一建筑(411)、第十二建筑(412)、第十三建筑(413)、第十四建筑(414)、第十五建筑(415)、第十六建筑(416)、道路(417)；

所述道路(417)设在软土(5)表层的中部；所述第一建筑(401)、第二建筑(402)、第三建筑(403)、第四建筑(404)、第五建筑(405)、第六建筑(406)均呈直线等间距布设在道路(417)的左端；所述第七建筑(407)、第八建筑(408)、第九建筑(409)、第十建筑(410)、第十一建筑(411)均呈直线等间距布设在道路(417)的右端；所述第十二建筑(412)、第十三建筑(413)、第十四建筑(414)、第十五建筑(415)、第十六建筑(416)均呈直线等间距布设在软土(5)的最右端。

6.根据权利要求1所述的高密集区交叠隧道运营引起地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述组合模型系统(3)包括侧面和底面；

所述侧面包括第一箱体面(301)、第二箱体面(302)、第三箱体面(303)、第四箱体面；

所述底面包括第五箱体面；

所述第一箱体面(301)、第二箱体面(302)、第三箱体面(303)、第四箱体面和第五箱体面通过锁扣(311)拼接；

所述第三箱体面(303)的底部设箱体排水口(306)。

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