CN108362856A - 模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于列车振动和施工荷载耦合条件下的模拟城市高密集区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。本发明提供的模型实验装置包括组合模型系统、土层系统、激振系统、传感系统、推进系统、加压系统、地表密集建筑系统、管廊系统、隧道系统。该模型实验装置能定量化精确模拟高密集建筑群区地铁运营车辆振动荷载和隧道施工荷载耦合作用诱发的地面长期沉降；能准确模拟高密集建筑群区下穿管廊运营诱发的土体长期沉降；具有环境模拟逼真度高的特点，能全天候观测地面长期沉降的缓慢形变过程，能准确模拟隧道内列车往复振动引起的地面长期沉降，使实验数据准确可靠、实验成本低。

Description

模拟城市高密集区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，尤其是涉及一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降模型实验装置。

背景技术

城市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，往往也是地铁运营最集中的区域。地铁运营一段时间后，由于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，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，以及严重影响轨道的平顺性，使轮轨系统的相互作用力增大，增大隧道结构的振动，影响贴近地铁隧道或其上方建筑物的振动和噪声，影响乘客的乘坐舒适度。

现有地铁运营引发地面沉降的模型实验研究，主要是针对地铁运营引起的工后短期沉降，没有考虑工后长期沉降，也没有考虑城市高密集建筑群的影响。由于，对地铁运营和隧道施工荷载耦合作用诱发地面长期沉降的研究涉及极少，特别是涉及城市高密集区隧道群上方有管廊作用的土体沉降模型实验研究极少；因此，如何定量化对城市高密集区地铁运营时列车振动与隧道施工荷载耦合下诱发的土体长期沉降进行研究，关系到城市地下工程的安全和城市人流汇集点人民的生命财产安全，对城市工程防灾减灾和防治地面沉降灾害具有重要意义。

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面长期沉降进行研究，没有考虑地面高密集建筑群的影响，也没有考虑列车振动和施工荷载耦合作用诱发的地面长期沉降。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，该模型实验装置具有实验数据准确可靠、环境模拟逼真度高、实验成本低、观测时间长等特点。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，包括：组合模型系统、土层系统、激振系统、传感系统、推进系统、加压系统、地表密集建筑系统、管廊系统、隧道系统。

组合模型系统，包括：第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、预留洞口一、预留洞口二、预留洞口三、预留洞口四、预留洞口五、预留洞口六、预留洞口七、预留洞口八、预留洞口九、预留洞口十、预留洞口十一、预留洞口十二。

土层系统，包括：第一土层、第二土层、第三土层、第四土层。

激振系统，包括：一号激振器、二号激振器、三号激振器、激振数据采集器、激振导线。

传感系统，包括：第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器、第七位移传感器、第八位移传感器、传感数据采集器、第一传感导线、第二传感导线。

推进系统，包括：钻头刀片式推进器、推进控制器、推进导线。

加压系统，包括：一号加压器、二号加压器、三号加压器、四号加压器、五号加压器、六号加压器、七号加压器、八号加压器、九号加压器、十号加压器、十一号加压器、十二号加压器、一号全断面加压板、二号全断面加压板、一号支撑架、二号支撑架、加压控制器、第一加压导线、第二加压导线。

地表密集建筑系统，包括：一号建筑模型、二号建筑模型、三号建筑模型、四号建筑模型、五号建筑模型、六号建筑模型、体育馆建筑模型、一号道路、二号道路。

管廊系统，包括：一号管廊、二号管廊、给水管道、排水管道、给水加压控制器、排水加压控制器。

隧道系统，包括：运营隧道、施工隧道。

本发明的实现机理为：

在组合模型系统的内部设土层系统；在土层系统内设的第一土层和第二土层内部设管廊系统，在一号管廊内部布设给水管道，在二号管廊内部布设排水管道，在给水管道、排水管道上面分别安设给水加压控制器和排水加压控制器。在第二土层和第三土层的内部设运营隧道，在第四土层的内部设施工隧道，在第二土层和第三土层的交界处埋设传感系统中的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器，在第四土层的上部埋设传感系统中的第五位移传感器、第六位移传感器、第七位移传感器、第八位移传感器；在土层系统中的第一土层上端布设地表密集建筑系统；将激振系统放置在运营隧道的内部，再将推进系统放置在施工隧道的内部；加压系统通过组合模型系统上的预留洞口将一号加压器施加在一号全断面加压板上、通过预留洞口将二号加压器施加在一号全断面加压板上、通过预留洞口将三号加压器施加在一号全断面加压板上、通过预留洞口将四号加压器施加在一号全断面加压板上、通过预留洞口将五号加压器施加在一号全断面加压板上、通过预留洞口将六号加压器施加在一号全断面加压板上；通过组合模型系统上的预留洞口将七号加压器加在二号全断面加压板上、通过预留洞口将八号加压器加在二号全断面加压板上、通过预留洞口将九号加压器加在二号全断面加压板上、通过预留洞口将十号加压器加在二号全断面加压板上、通过预留洞口将十一号加压器加在二号全断面加压板上、通过预留洞口将十二号加压器施加在二号全断面加压板上，进而将施加在一号全断面加压板、二号全断面加压板上的全部压力作用于整个土层系统。

组合模型系统是模型箱的外壳，第一侧面为正视面，第二侧面为后视面，第三侧面为左侧视面，第四侧面为右侧视面，第五侧面为俯视面，为确保土体长期沉降模型试验时整个模型具有耐冲击性、耐腐蚀性，以保护内部其它系统的安全，故其材料选用双层有机玻璃。

在组合模型系统的内部，从上至下依次填充第一土层、第二土层、第三土层、第四土层。其中，第一土层为填土层，第二土层为粉土层，第三土层为粉砂土层，第四土层为硬土层，以确保更好地模拟地铁运营和隧道施工荷载耦合作用诱发的土体长期沉降。

管廊系统采用混凝土浇筑，设置在第一土层和第二土层的内部。其中，一号管廊主体部分位于第二土层的左侧，二号管廊主体部分位于第二土层的右侧。在一号管廊内布设给水管道，在二号管廊内布设排水管道，通过给水加压控制器控制给水管道内的水压力，通过排水加压控制器控制排水管道内的水压力。

隧道系统采用混凝土浇筑，用以模拟真实环境下的地铁隧道，包括运营隧道和施工隧道。运营隧道位于第三土层和第四土层的内部，施工隧道位于第四土层的内部。其中，施工隧道主体部分位于运营隧道的左下方。

传感系统用于量测位移沉降，其中第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器埋设在运营隧道的正上方；第五位移传感器、第六位移传感器、第七位移传感器、第八位移传感器埋设在运营隧道的正下方；传感数据采集器位于组合模型系统的外部。在传感系统中，传感数据采集器通过第一传感导线依次与第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器连接，通过第二传感导线依次与第五位移传感器、第六位移传感器、第七位移传感器、第八位移传感器连接。

激振系统中的一号激振器、二号激振器、三号激振器等间距布设在运营隧道的内部，激振数据采集器位于组合模型系统外部，通过激振导线依次与一号激振器、二号激振器、三号激振器连接。所有激振器采用惯性式激振器，用以模拟地铁运营时产生的车辆振动荷载。

推进系统中的钻头刀片式推进器位于施工隧道的掌子面前方，钻头刀片式推进器的前方设有锥形钻头，锥形钻头侧方安设有不同厚度刀片，钻头的旋转带动刀片使隧道钻孔向前稳定推进。推进控制器位于组合模型系统的外部，利用推进导线将钻头刀片式推进器和推进控制器连接，从而使推进控制器控制钻头刀片式推进器的工作状态。

加压系统内设的一号全断面加压板位于组合模型系统第一侧面的内侧，二号全断面加压板位于组合模型系统第二侧面的内侧；一号加压器、二号加压器、三号加压器、四号加压器、五号加压器、六号加压器分别伸入到第一侧面的预留洞口、预留洞口、预留洞口、预留洞口、预留洞口、预留洞口的内部，从而将加压器施加的全部荷载作用在一号全断面加压板上；七号加压器、八号加压器、九号加压器、十号加压器、十一号加压器、十二号加压器分别伸入到第二侧面的预留洞口、预留洞口、预留洞口、预留洞口、预留洞口、预留洞口的内部，从而将加压器施加的全部荷载作用在二号全断面加压板上。通过第一加压导线将一号加压器、二号加压器、三号加压器、四号加压器、五号加压器、六号加压器串联，并利用一号支撑架将一号加压器、二号加压器、三号加压器、四号加压器、五号加压器、六号加压器紧紧固定在一号全断面加压板上。通过第二加压导线将七号加压器、八号加压器、九号加压器、十号加压器、十一号加压器、十二号加压器串联，并利用二号支撑架将七号加压器、八号加压器、九号加压器、十号加压器、十一号加压器、十二号加压器紧紧固定在二号全断面加压板上，加压控制器位于组合模型系统外部。加压系统中的加压器均采用液压式千斤顶加压，一号全断面加压板、二号全断面加压板均采用加厚的双层有机玻璃，一号支撑架、二号支撑架均采用钢制的支撑架。

地表密集建筑系统位于软土层正上方，主要模拟真实环境中的大型密集建筑群。一号建筑模型、二号建筑模型、三号建筑模型、四号建筑模型、五号建筑模型、六号建筑模型位于一号道路的左下方，体育馆建筑模型位于二号道路的右上方。其中，二号建筑模型位于一号建筑模型的右前方，四号建筑模型位于三号建筑模型的右前方，六号建筑模型位于五号建筑模型的正前方。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明提供的模型实验装置能定量化精确模拟高密集建筑群区地铁运营车辆振动荷载和隧道施工荷载耦合作用诱发的地面长期沉降。本发明运营隧道和施工隧道均位于地表密集建筑下方，运营隧道的左下方叠交施工隧道，通过在运营隧道内部等间距布设若干激振器以模拟地铁运营车辆振动，通过在施工隧道内布设的钻头刀片式推进器模拟施工振动荷载，从而综合考虑地铁运营车辆振动荷载和隧道施工荷载耦合作用对土体长期沉降的影响。

2.本发明提供的模型实验装置能准确模拟高密集建筑群区下穿管廊运营诱发的土体长期沉降。通过在地表密集建筑系统的下部布设一号管廊和二号管廊，并分别在对应的管廊内布设给水管和排水管道，利用给水加压控制器和排水加压控制器分别对给水管道和排水管道加压，利用管道加压产生的高压水流荷载，精确监测管廊压力对土体长期沉降的影响。

3.本发明提供的模型实验装置通过设置地表密集建筑群模拟城市高密集区，通过激振器模拟地铁运营车辆振动，通过推进器模拟隧道施工荷载，通过加压器系统模拟地层压力，通过管廊和隧道群模拟城市地下工程，具有环境模拟逼真度高的特点，能全天候观测地面长期沉降的缓慢形变过程，能准确模拟隧道内列车往复振动引起的地面长期沉降，使实验数据准确可靠、实验成本低。

附图说明

图1为模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置主视结构剖面示意图。

图2为图1逆时针旋转90度剖面示意图。

图3为图1顺时针旋转90度剖面示意图。

图4为组合模型系统正视面外观结构示意图。

图5为组合模型系统后视面外观结构示意图。

图6为图1主视结构俯视示意图。

图7为一号加压器、二号加压器、三号加压器、四号加压器、五号加压器、六号加压器的正视面结构示意图。

图8为七号加压器、八号加压器、九号加压器、十号加压器、十一号加压器、十二号加压器的后视面结构示意图。

图9为模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置正视面外观结构示意图。

图10为模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置后视面外观结构示意图。

图11为钻头刀片式推进器正视面结构示意图。

图12为图11右侧视面结构示意图。

图13为图11左侧视面结构示意图。

附图标记说明

1为组合模型系统，2为土层系统，3为激振系统，4为传感系统，5为推进系统，6为加压系统，7为地表密集建筑系统，8为管廊系统，9为隧道系统，101为第一侧面，102为第二侧面，103为第三侧面，104为第四侧面，105为第五侧面，106为预留洞口一，107预留洞口二，108为预留洞口三，109为预留洞口四，110为预留洞口五，111为预留洞口六，112为预留洞口七，113为预留洞口八，114为预留洞口九，115为预留洞口十，116为预留洞口十一，117为预留洞口十二，201为第一土层，202为第二土层，203为第三土层，204为第四土层，301为一号激振器，302为二号激振器，303为三号激振器，304为激振数据采集器，305为激振导线，401为第一位移传感器，402为第二位移传感器，403为第三位移传感器，404为第四位移传感器，405为第五位移传感器，406为第六位移传感器，407第七位移传感器，408为第八位移传感器，409为传感数据采集器，410为第一传感导线，411为第二传感导线，501为钻头刀片式推进器，502为推进控制器，503为推进导线，601为一号加压器，602为二号加压器，603为三号加压器，604为四号加压器，605为五号加压器，606为六号加压器，607为七号加压器，608为八号加压器，609为九号加压器，610为十号加压器，611为十一号加压器，612为十二号加压器，613为一号加压板，614为二号加压板，615为一号支撑架，616为二号支撑架，617为加压控制器，618为第一加压导线，619为第二加压导线，701为一号建筑模型，702为二号建筑模型，703为三号建筑模型，704为四号建筑模型，705为五号建筑模型，706为六号建筑模型，707为体育馆建筑模型，708为一号道路，709为二号道路，801为一号管廊，802为二号管廊，803为给水管道，804为排水管道，805为给水加压控制器，806为排水加压控制器，901为运营隧道，902为施工隧道。

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10所示，一种模拟列车振动和施工荷载耦合下的城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，包括：组合模型系统1、土层系统2、激振系统3、传感系统4、推进系统5、加压系统6、地表密集建筑系统7、管廊系统8、隧道系统9。

组合模型系统1，包括：第一侧面101、第二侧面102、第三侧面103、第四侧面104、第五侧面105、预留洞口一106、预留洞口二107、预留洞口三108、预留洞口四109、预留洞口五110、预留洞口六111、预留洞口七112、预留洞口八113、预留洞口九114、预留洞口十115、预留洞口十一116、预留洞口十二117。

土层系统2，包括：第一土层201、第二土层202、第三土层203、第四土层204。

激振系统3，包括：一号激振器301、二号激振器302、三号激振器303、激振数据采集器304、激振导线305。

传感系统4，包括：第一位移传感器401、第二位移传感器402、第三位移传感器403、第四位移传感器404、第五位移传感器405、第六位移传感器406、第七位移传感器407、第八位移传感器408、传感数据采集器409、第一传感导线410、第二传感导线411。

推进系统5，包括：钻头刀片式推进器501、推进控制器502、推进导线503。

加压系统6，包括：一号加压器601、二号加压器602、三号加压器603、四号加压器604、五号加压器605、六号加压器606、七号加压器607、八号加压器608、九号加压器609、十号加压器610、十一号加压器611、十二号加压器612、一号全断面加压板613、二号全断面加压板614、一号支撑架615、二号支撑架616、加压控制器617、第一加压导线618、第二加压导线619。

地表密集建筑系统7，包括：一号建筑模型701、二号建筑模型702、三号建筑模型703、四号建筑模型704、五号建筑模型705、六号建筑模型706、体育馆建筑模型707、一号道路708、二号道路709。

管廊系统8，包括：一号管廊801、二号管廊802、给水管道803、排水管道804、给水加压控制器805、排水加压控制器806。

隧道系统9，包括：运营隧道901、施工隧道902。

本发明的实现机理为：

在组合模型系统1的内部设土层系统2；在土层系统2内设的第一土层201和第二土层202内部设管廊系统8，在一号管廊801内部布设给水管道803，在二号管廊802内部布设排水管道804，在给水管道803、排水管道804上面分别安设给水加压控制器805和排水加压控制器806。在第二土层202和第三土层203的内部设运营隧道901，在第四土层204的内部设施工隧道902，在第二土层202和第三土层203的交界处埋设传感系统4中的第一位移传感器401、第二位移传感器402、第三位移传感器403、第四位移传感器404，在第四土层204的上部埋设传感系统4中的第五位移传感器405、第六位移传感器406、第七位移传感器407、第八位移传感器408；在土层系统2中的第一土层201上端布设地表密集建筑系统7；将激振系统3放置在运营隧道901的内部，再将推进系统5放置在施工隧道902的内部；加压系统6通过组合模型系统1上的预留洞口106将一号加压器601施加在一号全断面加压板613上、通过预留洞口107将二号加压器602施加在一号全断面加压板613上、通过预留洞口108将三号加压器603施加在一号全断面加压板613上、通过预留洞口109将四号加压器604施加在一号全断面加压板613上、通过预留洞口110将五号加压器605施加在一号全断面加压板613上、通过预留洞口111将六号加压器606施加在一号全断面加压板613上；通过组合模型系统1上的预留洞口112将七号加压器607加在二号全断面加压板614上、通过预留洞口113将八号加压器608加在二号全断面加压板614上、通过预留洞口114将九号加压器609加在二号全断面加压板614上、通过预留洞口115将十号加压器610加在二号全断面加压板614上、通过预留洞口116将十一号加压器611加在二号全断面加压板614上、通过预留洞口117将十二号加压器612施加在二号全断面加压板614上，进而将施加在一号全断面加压板613、二号全断面加压板614上的全部压力作用于整个土层系统2。

组合模型系统1是模型箱的外壳，第一侧面101为正视面，第二侧面102为后视面，第三侧面103为左侧视面，第四侧面104为右侧视面，第五侧面105为俯视面，为确保土体长期沉降模型试验时整个模型具有耐冲击性、耐腐蚀性，以保护内部其它系统的安全，故其材料选用双层有机玻璃。

在组合模型系统1的内部，从上至下依次填充第一土层201、第二土层202、第三土层203、第四土层204。其中，第一土层201为填土层，第二土层202为粉土层，第三土层203为粉砂土层，第四土层204为硬土层，以确保更好地模拟地铁运营和隧道施工荷载耦合作用诱发的土体长期沉降。

管廊系统8采用混凝土浇筑，设置在第一土层201和第二土层202的内部。其中，一号管廊801主体部分位于第二土层202的左侧，二号管廊802主体部分位于第二土层202的右侧。在一号管廊801内布设给水管道803，在二号管廊802内布设排水管道804，通过给水加压控制器805控制给水管道803内的水压力，通过排水加压控制器806控制排水管道804内的水压力。

隧道系统9采用混凝土浇筑，用以模拟真实环境下的地铁隧道，包括运营隧道901和施工隧道902。运营隧道901位于第三土层203和第四土层204的内部，施工隧道902位于第四土层204的内部。其中，施工隧道902主体部分位于运营隧道901的左下方。

传感系统4用于量测位移沉降，其中第一位移传感器401、第二位移传感器402、第三位移传感器403、第四位移传感器404埋设在运营隧道901的正上方；第五位移传感器405、第六位移传感器406、第七位移传感器407、第八位移传感器408埋设在运营隧道901的正下方；传感数据采集器409位于组合模型系统1的外部。在传感系统4中，传感数据采集器409通过第一传感导线410依次与第一位移传感器401、第二位移传感器402、第三位移传感器403、第四位移传感器404连接，通过第二传感导线411依次与第五位移传感器405、第六位移传感器406、第七位移传感器407、第八位移传感器408连接。

激振系统3中的一号激振器301、二号激振器302、三号激振器303等间距布设在运营隧道901的内部，激振数据采集器304位于组合模型系统1外部，通过激振导线305依次与一号激振器301、二号激振器302、三号激振器303连接。所有激振器采用惯性式激振器，用以模拟地铁运营时产生的车辆振动荷载。

如图11～图13所示，推进系统5中的钻头刀片式推进器501位于施工隧道902的掌子面前方，钻头刀片式推进器501的前方设有锥形钻头，锥形钻头侧方安设有不同厚度刀片，钻头的旋转带动刀片使隧道钻孔向前稳定推进。推进控制器502位于组合模型系统1的外部，利用推进导线503将钻头刀片式推进器501和推进控制器502连接，从而使推进控制器502控制钻头刀片式推进器501的工作状态。

加压系统6内设的一号全断面加压板613位于组合模型系统1第一侧面101的内侧，二号全断面加压板614位于组合模型系统1第二侧面102的内侧；一号加压器601、二号加压器602、三号加压器603、四号加压器604、五号加压器605、六号加压器606分别伸入到第一侧面101的预留洞口106、预留洞口107、预留洞口108、预留洞口109、预留洞口110、预留洞口111的内部，从而将加压器施加的全部荷载作用在一号全断面加压板613上；七号加压器607、八号加压器608、九号加压器609、十号加压器610、十一号加压器611、十二号加压器612分别伸入到第二侧面102的预留洞口112、预留洞口113、预留洞口114、预留洞口115、预留洞口116、预留洞口117的内部，从而将加压器施加的全部荷载作用在二号全断面加压板614上。通过第一加压导线618将一号加压器601、二号加压器602、三号加压器603、四号加压器604、五号加压器605、六号加压器606串联，并利用一号支撑架615将一号加压器601、二号加压器602、三号加压器603、四号加压器604、五号加压器605、六号加压器606紧紧固定在一号全断面加压板613上。通过第二加压导线619将七号加压器607、八号加压器608、九号加压器609、十号加压器610、十一号加压器611、十二号加压器612串联，并利用二号支撑架616将七号加压器607、八号加压器608、九号加压器609、十号加压器610、十一号加压器611、十二号加压器612紧紧固定在二号全断面加压板614上，加压控制器617位于组合模型系统1外部。加压系统6中的加压器均采用液压式千斤顶加压，一号全断面加压板613、二号全断面加压板614均采用加厚的双层有机玻璃，一号支撑架615、二号支撑架616均采用钢制的支撑架。

地表密集建筑系统7位于软土层201正上方，主要模拟真实环境中的大型密集建筑群。一号建筑模型701、二号建筑模型702、三号建筑模型703、四号建筑模型704、五号建筑模型705、六号建筑模型706位于一号道路708的左下方，体育馆建筑模型707位于二号道路709的右上方。其中，二号建筑模型702位于一号建筑模型701的右前方，四号建筑模型704位于三号建筑模型703的右前方，六号建筑模型706位于五号建筑模型705的正前方。

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 (8)

1.一种模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，应用于列车振动和施工荷载耦合条件下，其特征在于：包括组合模型系统(1)、土层系统(2)、激振系统(3)、传感系统(4)、推进系统(5)、加压系统(6)、地表密集建筑系统(7)、管廊系统(8)、隧道系统(9)；

所述组合模型系统(1)是该模拟实验装置的外壳；

所述土层系统(2)设置在组合模型系统(1)的内部，所述土层系统(2)从上至下依次填充有第一土层(201)、第二土层(202)、第三土层(203)、第四土层(204)；

所述第一土层(201)上端布设地表密集建筑系统(7)，所述地表秘籍建筑系统(7)用以模拟真实环境中的大型密集建筑群；所述第一土层(201)和第二土层(202)内部设管廊系统(8)，所述管廊系统(8)用以模拟管廊压力对土体长期沉降的影响；所述隧道系统(9)包括运营隧道(901)、施工隧道(902)，所述第二土层(202)和第三土层(203)的内部设运营隧道(901)，所述第四土层(204)的内部设施工隧道(902)；

所述运营隧道(901)的内部设激振系统(3)，所述激振系统(3)用以模拟地铁运营时产生的车辆振动荷载；

所述施工隧道(902)的内部设推进系统(5)，所述推进系统(5)用以模拟隧道施工荷载；

所述组合模型系统(1)的前后两侧设加压系统(6)，所述加压系统(6)用以模拟地层压力；

所述传感系统(4)埋设在土层系统(2)中，用以量测位移沉降。

2.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述第一土层(201)为填土层，第二土层(202)为粉土层，第三土层(203)为粉砂土层，第四土层(204)为硬土层。

3.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述激振系统(3)包括一号激振器(301)、二号激振器(302)、三号激振器(303)、激振数据采集器(304)、激振导线(305)；

所述一号激振器(301)、二号激振器(302)、三号激振器(303)等间距布设在运营隧道(901)的内部，激振数据采集器(304)位于组合模型系统(1)外部，通过激振导线(305)依次与一号激振器(301)、二号激振器(302)、三号激振器(303)连接。

4.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述传感系统(4)包括第一位移传感器(401)、第二位移传感器(402)、第三位移传感器(403)、第四位移传感器(404)、第五位移传感器(405)、第六位移传感器(406)、第七位移传感器(407)、第八位移传感器(408)、传感数据采集器(409)、第一传感导线(410)、第二传感导线(411)；

所述第一位移传感器(401)、第二位移传感器(402)、第三位移传感器(403)、第四位移传感器(404)埋设在运营隧道(901)的正上方；第五位移传感器(405)、第六位移传感器(406)、第七位移传感器(407)、第八位移传感器(408)埋设在运营隧道(901)的正下方；传感数据采集器(409)位于组合模型系统(1)的外部；

在传感系统(4)中，传感数据采集器(409)通过第一传感导线(410)依次与第一位移传感器(401)、第二位移传感器(402)、第三位移传感器(403)、第四位移传感器(404)连接，通过第二传感导线(411)依次与第五位移传感器(405)、第六位移传感器(406)、第七位移传感器(407)、第八位移传感器(408)连接。

5.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述推进系统(5)包括钻头刀片式推进器(501)、推进控制器(502)、推进导线(503)；

所述钻头刀片式推进器(501)位于施工隧道(902)的掌子面前方，钻头刀片式推进器(501)的前方设有锥形钻头，锥形钻头侧方安设有不同厚度刀片，钻头的旋转带动刀片使隧道钻孔向前稳定推进；

所述推进控制器(502)位于组合模型系统(1)的外部，利用推进导线(503)将钻头刀片式推进器(501)和推进控制器(502)连接，从而使推进控制器(502)控制钻头刀片式推进器(501)的工作状态。

6.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述加压系统(6)包括一号加压器(601)、二号加压器(602)、三号加压器(603)、四号加压器(604)、五号加压器(605)、六号加压器(606)、七号加压器(607)、八号加压器(608)、九号加压器(609)、十号加压器(610)、十一号加压器(611)、十二号加压器(612)、一号全断面加压板(613)、二号全断面加压板(614)、一号支撑架(615)、二号支撑架(616)、加压控制器(617)、第一加压导线(618)、第二加压导线(619)；

所述组合模型系统(1)包括第一侧面(101)、第二侧面(102)、第三侧面(103)、第四侧面(104)、第五侧面(105)、预留洞口一(106)、预留洞口二(107)、预留洞口三(108)、预留洞口四(109)、预留洞口五(110)、预留洞口六(111)、预留洞口七(112)、预留洞口八(113)、预留洞口九(114)、预留洞口十(115)、预留洞口十一(116)、预留洞口十二(117)；

所述一号全断面加压板(613)位于组合模型系统(1)第一侧面(101)的内侧，二号全断面加压板(614)位于组合模型系统(1)第二侧面(102)的内侧；一号加压器(601)、二号加压器(602)、三号加压器(603)、四号加压器(604)、五号加压器(605)、六号加压器(606)分别伸入到第一侧面(101)的预留洞口(106)、预留洞口(107)、预留洞口(108)、预留洞口(109)、预留洞口(110)、预留洞口(111)的内部，从而将加压器施加的全部荷载作用在一号全断面加压板(613)上；七号加压器(607)、八号加压器(608)、九号加压器(609)、十号加压器(610)、十一号加压器(611)、十二号加压器(612)分别伸入到第二侧面(102)的预留洞口(112)、预留洞口(113)、预留洞口(114)、预留洞口(115)、预留洞口(116)、预留洞口(117)的内部，从而将加压器施加的全部荷载作用在二号全断面加压板(614)上；

通过第一加压导线(618)将一号加压器(601)、二号加压器(602)、三号加压器(603)、四号加压器(604)、五号加压器(605)、六号加压器(606)串联，并利用一号支撑架(615)将一号加压器(601)、二号加压器(602)、三号加压器(603)、四号加压器(604)、五号加压器(605)、六号加压器(606)紧紧固定在一号全断面加压板(613)上；

通过第二加压导线(619)将七号加压器(607)、八号加压器(608)、九号加压器(609)、十号加压器(610)、十一号加压器(611)、十二号加压器(612)串联，并利用二号支撑架(616)将七号加压器(607)、八号加压器(608)、九号加压器(609)、十号加压器(610)、十一号加压器(611)、十二号加压器(612)紧紧固定在二号全断面加压板(614)上，加压控制器(617)位于组合模型系统(1)外部。

7.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，其特征在于：所述管廊系统(8)包括一号管廊(801)、二号管廊(802)、给水管道(803)、排水管道(804)、给水加压控制器(805)、排水加压控制器(806)；

所述一号管廊(801)主体部分位于第二土层(202)的左侧，二号管廊(802)主体部分位于第二土层(202)的右侧。在一号管廊(801)内布设给水管道(803)，在二号管廊(802)内布设排水管道(804)，通过给水加压控制器(805)控制给水管道(803)内的水压力，通过排水加压控制器(806)控制排水管道(804)内的水压力。

8.根据权利要求1所述的模拟城市高密集区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(7)包括一号建筑模型(701)、二号建筑模型(702)、三号建筑模型(703)、四号建筑模型(704)、五号建筑模型(705)、六号建筑模型(706)、体育馆建筑模型(707)、一号道路(708)、二号道路(709)；

所述一号建筑模型(701)、二号建筑模型(702)、三号建筑模型(703)、四号建筑模型(704)、五号建筑模型(705)、六号建筑模型(706)位于一号道路(708)的左下方，体育馆建筑模型(707)位于二号道路(709)的右上方，二号建筑模型(702)位于一号建筑模型(701)的右前方，四号建筑模型(704)位于三号建筑模型(703)的右前方，六号建筑模型(706)位于五号建筑模型(705)的正前方。