CN112345186B - 一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统

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；

所述的列车模型包括若干个车体、若干个载重块、若干个无线传感器、若干个轮毂、若干个轮对、若干个履带压片，根据试验需求设置单车试验或多车试验；所述的若干个车体由合金材料制作，每个车体内部被分隔板隔开分为若干个部分，并放置若干个载重块和若干个无线三轴加速度传感器，若干个无线三轴加速度传感器固定安装在车体内部，可向外部电脑传输列车模型的三轴加速度数据；所述的若干个轮毂位于每个车体底部，由螺栓固定；所述的若干个轮对，每个轮对包括车轴和两个槽轮组成；所述的两个槽轮分别固定在车轴两端，两个槽轮之间的距离与轨道宽度一致，安装有两个槽轮的车轴穿过轮毂从而实现滚动连接，槽轮与轨道之间半包接触，从而保证列车模型平稳在轨道上运行，避免脱轨；所述的若干个履带压片分别位于每个车体前后，用以连接牵引车体的传动履带或者多个车体之间连接；

所述的动力牵引装置包括若干个支架、电机、主动轮、从动轮、传动履带；所述的每个支架包括支架主体、若干个加固角钢、底座、若干个固定底座螺栓孔、伸臂、若干个可调节螺栓孔，用于承载和固定电机；所述的底座为一块方形钢板，四角分布有若干个固定底座螺栓孔，可通过膨胀螺栓将底座固定在地面上；所述的支架主体焊接在底座上，若干个加固角钢焊接在底座和支架主体之间起连接加固作用；所述的伸臂一端用螺栓固定在支架主体的可调节螺栓孔上，可根据实际需要选择可调节螺栓孔高度；所述的电机通过电机固定螺栓安装在其中一个支架伸臂上，电机与自动化控制机箱的电源开关、驱动器之间通过导线连接，自动化控制机箱可为电机提供电力输出，并根据内部程序控制电机的启动、停止及不同加速度；所述的主动轮安装在电机的转动轴上，可在电机带动下同步转动；所述的从动轮安装在另一边支架的转动轴上，可自由转动；所述的传动履带两端分别与列车模型首尾履带压片固定连接形成闭合环状，环挂在主动轮与从动轮之间并拉紧，在主动轮转动下可带动从动轮转动以及列车模型的移动；

所述的自动化控制机箱包括机箱、电源转换器、电源开关、电机控制器、驱动器；所述的机箱是一个金属箱，用于固定和保护内部设备；所述的电源转换器固定安装在机箱内，可通过电缆与外部电源连接，并将标准电压转换为适用于电机以及内部设备的低电压，提供稳定可靠的电力输出；所述的电源开关固定安装在机箱外表面，与电源转换器、驱动器、电机之间通过导线连接，可一键启动或暂停向电机的电力输出，可应对试验过程中的突发情况，保证试验安全；所述的电机控制器固定安装在机箱内，通过导线与电源转换器、驱动器连接，为单片机结构，可通过数据线与外部电脑直接相连，利用编程软件进行编程，设置电机运行控制参数，以实现不同的列车模型运行速度；所述的驱动器固定安装在机箱内，通过导线与电源转换器、电源开关、电机控制器、限位传感器、电机连接，是电机控制器和电机的桥梁，实现控制电机按照程序运行，也可以存储已编写好的程序。

与现有的技术相比，本申请涉及一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统，通过3D打印技术制作不同损伤的隧道管片，可以模拟各种损伤工况，例如管片剥落、管片开裂、接头失效；盾构隧道模型埋入砂土中，通过在盾构隧道模型外埋入不同体积的空盒子或泡沫，模拟隧道壁后脱空工况；通过编程控制电机，实现列车模型以不同的速度进行匀速直线往复运动，通过增添或减少载重块，模拟不同荷载下整个系统耦合振动。

根据上述技术方案，本申请具有以下优点：

1.本申请提出列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统，考虑了列车、轨道、隧道等复杂结构，能安全地完成车-轨-隧-土系统耦合振动试验，试验系统成本低、可操作性强、兼容性高；

2.本申请隧道管片部分可定制替换，以模拟大部分隧道损伤工况，探究隧道健康和损伤状态下系统振动的差异；

3.本申请试验过程实现完全自动化精确控制，除了安装模型和砂土填埋需人工操作，列车模型运行时完全可以按照程序设定进行，限位传感器保证了列车模型起始位置基本一致；

4.本申请测量系统独立性高，可以根据实验需求安装传感器，获得实验者感兴趣的参数，有助于下一步研究。

附图说明

图1为本申请实施例提供的试验装置中列车-轨道-隧道耦合振动系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的试验装置中列车-轨道-隧道-土体耦合振动系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的试验装置中试验土箱的结构示意图；其中(a)为主视图，(b)为俯视图，(c)为左视图；

图4为本申请实施例提供的试验装置中盾构隧道模型的结构示意图；其中(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为俯视图；

图5为本申请实施例提供的试验装置中列车模型的结构示意图；其中(a)为主视图，(b)为底视图，(c)为左视图，(d)为俯视图；

图6为本申请实施例提供的试验装置中动力牵引装置的结构示意图；其中(a)为主动轮支座主视图，(b)为主动轮支座左视图，(c)为主动轮支座俯视图；(d)为从动轮支座俯视图，(e)为从动轮支座主视图，(f)为从动轮支座左视图；

图7为本申请实施例提供的试验装置中自动化控制机箱的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的试验装置中隧道管片损伤标准块Ⅰ替换方案的结构示意图。

附图标记说明

1为试验土箱、2为盾构隧道模型、3为列车模型、4为动力牵引装置、5为自动化控制机箱；

11为箱体、12为加劲肋、13为塑料泡沫板、14为隧道安装孔、15为出砂口、16为万向脚轮、17为支撑；

21为隧道管片、22为轨道板、23为轨道、24为限位传感器；

211为底部支座、212为隧道管片标准块I、213为隧道管片标准块II，214为螺栓孔；

2121为损伤深度100％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2122为损伤深度80％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2123为损伤深度60％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2124为损伤深度40％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2125为损伤深度20％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2126为横向裂缝的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2127为斜向裂缝的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2128为纵向裂缝的隧道管片损伤标准块Ⅰ；

31为车体、32为载重块、33为无线三轴加速度传感器、34为轮毂、35为轮对、36为履带压片，37为分隔板；

351为车轴、352为槽轮；

41为支架、42为电机、43为主动轮、44为从动轮、45为传动履带

411为支架主体、412为加固角钢、413为底座、414为固定底座螺栓孔、415为伸臂、416为可调节螺栓孔；

421为电机固定螺栓；

51为机箱、52为电源转换器、53为电源开关、54为电机控制器、55为驱动器、56为数据线、57为导线。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。

需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

本申请的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的，并非是限定本申请可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本申请各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1、图2所示，一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统，包括：试验土箱1、盾构隧道模型2、列车模型3、动力牵引装置4和自动化控制机箱5；

盾构隧道模型2中两个限位传感器24，用螺栓固定在盾构隧道模型2两端的轨道板22上，通过数据线56与自动化控制机箱5的驱动器55相连，限位传感器24感应到列车模型3通过后，控制列车模型3的行止，保证每次试验列车模型3启动/终止位置相同；

动力牵引装置4中电机42与自动化控制机箱5的电源开关53、驱动器55之间通过导线57连接，自动化控制机箱5可为电机42提供电力输出并根据内部程序控制电机42的启动、停止及不同加速度；传动履带45两端分别与列车模型3首尾履带压片36固定连接形成闭合环状，环挂在主动轮43与从动轮44之间并拉紧，在主动轮43转动下可带动从动轮44转动以及列车模型3的移动。

如图3所示，试验土箱1包括箱体11、八根加劲肋12、两块塑料泡沫板13、两个隧道安装孔14、出砂口15、四个万向脚轮16、六个支撑17；箱体11为上敞口长方体结构，箱体11采用八根加劲肋12提高刚度；两块塑料泡沫板13贴合于箱体11内壁，用于减弱振动传播的边界效应；两个隧道安装孔14位于箱体11前后箱壁正中心，截面尺寸与盾构隧道模型2一致，使得列车模型3可以通过；出砂口15位于箱体11一侧，出砂口15上覆可拆卸盖板，可快速清扫箱体11内砂土；四个万向脚轮16在试验土箱1底部，用于移动试验土箱1；六个支撑17位于试验土箱1底部，用于承载试验土箱1。

如图4所示，盾构隧道模型2包括隧道管片21、轨道板22、轨道23、两个限位传感器24；隧道管片21利用3D打印技术制作而成，由30个环沿隧道管片21轴线拼接而成，每个环包括底部支座211、隧道管片标准块I 212、两个隧道管片标准块II 213；底部支座211、隧道管片标准块I 212、两个隧道管片标准块II 213上均有四个螺栓孔214，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214；隧道管片标准块I 212，可以用隧道管片损伤标准块Ⅰ2121、2122、2123、2124、2125、2126、2127、2128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；轨道板22为柔性板状结构，通过螺栓固定在底部支座211仰拱上；轨道23，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22上。

如图5所示，列车模型3包括车体31、两个载重块32、无线传感器33、两个轮毂34、两轮对35、两个履带压片36；车体31由合金材料制作，车体31内部被分隔板37隔开分为三个部分，在前后部分内部各放置一个载重块32，中间部分内部固定安装无线三轴加速度传感器33，可向外部电脑传输列车模型3的三轴加速度数据；两个轮毂34位于车体31底部，由螺栓固定；两个轮对35，每个轮对35包括车轴351和两个槽轮352组成；两个槽轮352分别固定在车轴351两端，两个槽轮352之间的距离与轨道23宽度一致，安装有两个槽轮352的车轴351穿过轮毂34从而实现滚动连接，槽轮352与轨道23之间半包接触，从而保证列车模型3平稳在轨道23上运行，避免脱轨；两个履带压片36分别位于车体31前后，用以连接牵引车体31的传动履带45。

如图6所示，动力牵引装置4包括两个支架41、电机42、主动轮43、从动轮44、传动履带45；每个支架41包括支架主体411、四个加固角钢412、底座413、四个固定底座螺栓孔414、伸臂415、八个可调节螺栓孔416，用于承载和固定电机42；底座413为一块方形钢板，四角分布有四个固定底座螺栓孔414，可通过膨胀螺栓将底座413固定在地面上；支架主体411焊接在底座413上，四个加固角钢412焊接在底座413和支架主体411之间起连接加固作用；伸臂415一端用螺栓固定在支架主体411的可调节螺栓孔416上，可根据实际需要选择可调节螺栓孔416高度；电机42通过电机固定螺栓421安装在其中一个支架41伸臂415上，电机42与自动化控制机箱5的电源开关53、驱动器55之间通过导线57连接，自动化控制机箱5可为电机42提供电力输出，并根据内部程序控制电机42的启动、停止及不同加速度；主动轮43安装在电机42的转动轴上，可在电机42带动下同步转动；从动轮44安装在另一边支架41的转动轴上，可自由转动。

如图7所示，自动化控制机箱5包括机箱51、电源转换器52、电源开关53、电机控制器54、驱动器55；机箱51是一个金属箱，用于固定和保护内部设备；电源转换器52固定安装在机箱51内，可通过电缆与外部电源连接，并将220V标准电压转换为适用于电机42以及内部设备的24V电压，提供稳定可靠的电力输出；电源开关53固定安装在机箱51外表面，与电源转换器52、驱动器55、电机42之间通过导线57连接，可一键启动或暂停向电机42的电力输出，可应对试验过程中的突发情况，保证试验安全；电机控制器54固定安装在机箱51内，通过导线57与电源转换器52、驱动器55连接，为单片机结构，可通过数据线56与外部电脑直接相连，利用编程软件进行编程，设置电机42运行控制参数，以实现不同的列车模型3运行速度；驱动器55固定安装在机箱51内，通过导线57与电源转换器52、电源开关53、电机控制器54、限位传感器24、电机42连接，是电机控制器54和电机42的桥梁，实现控制电机42按照程序运行，也可以存储已编写好的程序。

如图8所示，隧道管片损伤标准块Ⅰ2121、2122、2123、2124、2125、2126、2127、2128可用来替换隧道管片标准块I 212模拟不同损伤工况，2121为损伤深度100％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2122为损伤深度80％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2123为损伤深度60％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2124为损伤深度40％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2125为损伤深度20％的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2126为横向裂缝的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2127为斜向裂缝的隧道管片损伤标准块Ⅰ、2128为纵向裂缝的隧道管片损伤标准块Ⅰ。

本申请提供的一种列车-轨道-隧道-土体耦合振动试验系统，其工作方式如下：

实施例1(列车-轨道-隧道耦合振动模拟)

首先，试验前按照图1所示结构安装实验平台，包括：盾构隧道模型2、列车模型3、动力牵引装置4和自动化控制机箱5；按照图4所示拼装隧道管片21、安装轨道板22与轨道23，将限位传感器24安装在盾构隧道模型2两端；按照图6所示安装支架41，用膨胀螺栓固定在盾构隧道模型2两端的地面上；按照图5所示，将无线三轴加速度传感器33和载重块32放入列车模型3车体31中，列车模型3槽轮352卡在轨道23上放入盾构隧道模型2，将传动履带45两端分别与列车模型3首尾履带压片36固定连接形成闭合环状，环挂在主动轮43与从动轮44之间并拉紧；按照图7所示配置好自动化控制机箱5，用导线57将电源开关53与电机42连接、将驱动器55与限位传感器24和电机42连接，用数据线56将电机控制器54与电脑连接；通过电脑将编写好的电机42控制程序写入电机控制器54，再由驱动器55转换成信号编码来驱动电机42，同时电脑设置传感器采集参数；

然后，开启电源开关53，启动电机42，使列车模型3在盾构隧道模型2的轨道23上运行，电机42匀速转动时带动传动履45带和列车3一起匀速运动，当列车3遇到限位传感器24时，触发限位信号，传递到自动化控制机箱5，控制器54立即控制电机42停止转动，停止3s后，控制电机42反向转动，使列车3继续运行至隧道另一端的限位传感器24，实现列车模型3在隧道2内做匀速直线往复运动，同时无线三轴加速度传感器33采集列车模型3加速度数据传输到外部电脑中；改变控制参数重复上述操作实现盾构隧道损伤工况、隧道结构质量工况、列车荷载工况条件不同试验；

(1)盾构隧道损伤工况：可将隧道中间顶部的隧道管片标准块Ⅰ212替换为隧道管片损伤标准块Ⅰ2121、2122、2123、2124、2125、2126、2127、2128，以模拟盾构隧道模型2管片剥落、管片开裂、接头失效的损伤；改变隧道管片标准块Ⅰ212的位置，可以模拟不同位置的损伤；

(2)列车荷载工况：利用电脑程序修改电机42参数，使列车模型3按照不同速度运动；通过改变列车模型3车体31内载重块32质量，以模拟列车模型3荷载的变化。

实施例2(列车-轨道-隧道-土体耦合振动模拟)

首先，试验前按照图2所示结构安装实验平台，包括：试验土箱1、盾构隧道模型2、列车模型3、动力牵引装置4和自动化控制机箱5，将盾构隧道模型2放入试验土箱1，盾构隧道模型2两端用螺栓固定在隧道安装孔14，试验土箱1内贴合泡沫塑料板13用以减震，填入普通砂土；按照图4所示拼装隧道管片21、安装轨道板22与轨道23，将限位传感器24安装在盾构隧道模型2两端；按照图6所示安装支架41，用膨胀螺栓固定在盾构隧道模型2两端的地面上；按照图5所示，将无线三轴加速度传感器33和载重块32放入列车模型3车体31中，列车模型3槽轮352卡在轨道23上放入盾构隧道模型2，将传动履带45两端分别与列车模型3首尾履带压片36固定连接形成闭合环状，环挂在主动轮43与从动轮44之间并拉紧；按照图7所示配置好自动化控制机箱5，用导线57将电源开关53与电机42连接、将驱动器55与限位传感器24和电机42连接，用数据线56将电机控制器54与电脑连接；通过电脑将编写好的电机42控制程序写入电机控制器54，再由驱动器55转换成信号编码来驱动电机42，同时电脑设置传感器采集参数；

然后，开启电源开关53，启动电机42，使列车模型3在盾构隧道模型2的轨道23上运行，电机42匀速转动时带动传动履45带和列车3一起匀速运动，当列车3遇到限位传感器24时，触发限位信号，传递到自动化控制机箱5，控制器54立即控制电机42停止转动，停止3s后，控制电机42反向转动，使列车3继续运行至隧道另一端的限位传感器24，实现列车模型3在隧道2内做匀速直线往复运动，同时无线三轴加速度传感器33采集列车模型3加速度数据传输到外部电脑中；改变控制参数重复上述操作实现盾构隧道损伤工况、隧道结构质量工况、列车荷载工况条件不同试验；

(1)盾构隧道损伤工况：可将隧道中间顶部的的隧道管片标准块Ⅰ212替换为隧道管片损伤标准块Ⅰ2121、2122、2123、2124、2125、2126、2127、2128，以模拟盾构隧道模型2管片剥落、管片开裂、接头失效的损伤；改变隧道管片标准块Ⅰ212的位置，可以模拟不同位置的损伤；

(2)列车荷载工况：利用电脑程序修改电机42参数，使列车模型3按照不同速度运动；通过改变列车模型3车体31内载重块32质量，以模拟列车模型3荷载的变化。

Claims (5)

1.一种列车-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(1)、盾构隧道模型(2)、列车模型(3)、动力牵引装置(4)和自动化控制机箱(5)；

通过3D打印技术制作不同损伤的盾构隧道模型(2)，可以模拟各种损伤工况，包括管片剥落、管片开裂、接头失效；盾构隧道模型(2)埋入砂土中，通过在盾构隧道模型(2)外埋入不同体积的空盒子或泡沫，模拟隧道壁后脱空工况；通过编程控制电机(42)，实现列车模型(3)以不同的速度进行匀速直线往复运动，通过增添或减少载重块(32)，模拟不同荷载下整个系统耦合振动；

所述的盾构隧道模型(2)包括隧道管片(21)、轨道板(22)、轨道(23)、若干个限位传感器(24)；所述的隧道管片(21)利用3D打印技术制作而成，由若干个环沿隧道管片(21)轴线拼接而成，每个环包括底部支座(211)、若干个隧道管片标准块I(212)、若干个隧道管片标准块II(213)；所述的底部支座(211)、若干个隧道管片标准块I(212)、若干个隧道管片标准块II(213)上均有若干个螺栓孔(214)，通过螺栓实现紧固连接，也用螺栓将无线三轴加速度传感器(33)固定在螺栓孔(214)；所述的若干个隧道管片标准块I(212)，用隧道管片损伤标准块Ⅰ(2121、2122、2123、2124、2125、2126、2127、2128)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(22)为柔性板状结构，通过螺栓固定在底部支座(211)仰拱上；所述的轨道(23)，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(22)上；所述的若干个限位传感器(24)，用螺栓固定在盾构隧道模型(2)两端的轨道板(22)上，通过数据线(56)与自动化控制机箱(5)的驱动器(55)相连，限位传感器(24)感应到列车模型(3)通过后，控制列车模型(3)的行止，保证每次试验列车模型(3)启动/终止位置相同。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述的试验土箱(1)包括箱体(11)、若干根加劲肋(12)、若干块塑料泡沫板(13)、两个隧道安装孔(14)、出砂口(15)、若干个万向脚轮(16)、若干个支撑(17)；所述的箱体(11)为上敞口长方体结构，箱体(11)每个面采用若干根加劲肋(12)提高刚度；所述的若干块塑料泡沫板(13)贴合于箱体(11)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(14)位于箱体(11)前后箱壁正中心，截面尺寸与盾构隧道模型(2)一致，使得列车模型(3)可以通过；所述的出砂口(15)位于箱体(11)一侧，出砂口(15)上覆可拆卸盖板，可快速清扫箱体(11)内砂土；所述的若干个万向脚轮(16)在试验土箱(1)底部，用于移动试验土箱(1)；所述的若干个支撑(17)位于试验土箱(1)底部，用于承载试验土箱(1)。

3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述的列车模型(3)包括若干个车体(31)、若干个载重块(32)、若干个无线三轴加速度传感器(33)、若干个轮毂(34)、若干个轮对(35)、若干个履带压片(36)，根据试验需求设置单车试验或多车试验；所述的若干个车体(31)由合金材料制作，每个车体(31)内部被分隔板(37)隔开分为若干个部分，并放置若干个载重块(32)和若干个无线三轴加速度传感器(33)，若干个无线三轴加速度传感器(33)固定安装在车体(31)内部，可向外部电脑传输列车模型(3)的三轴加速度数据；所述的若干个轮毂(34)位于每个车体(31)底部，由螺栓固定；所述的若干个轮对(35)，每个轮对(35)包括车轴(351)和两个槽轮(352)组成；所述的两个槽轮(352)分别固定在车轴(351)两端，两个槽轮(352)之间的距离与轨道(23)宽度一致，安装有两个槽轮(352)的车轴(351)穿过轮毂(34)从而实现滚动连接，槽轮(352)与轨道(23)之间半包接触，从而保证列车模型(3)平稳在轨道(23)上运行，避免脱轨；所述的若干个履带压片(36)分别位于每个车体(31)前后，用以连接牵引车体(31)的传动履带(45)或者多个车体(31)之间连接。

4.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述的动力牵引装置(4)包括若干个支架(41)、电机(42)、主动轮(43)、从动轮(44)、传动履带(45)；所述的每个支架(41)包括支架主体(411)、若干个加固角钢(412)、底座(413)、若干个固定底座螺栓孔(414)、伸臂(415)、若干个可调节螺栓孔(416)，用于承载和固定电机(42)；所述的底座(413)为一块方形钢板，四角分布有若干个固定底座螺栓孔(414)，可通过膨胀螺栓将底座(413)固定在地面上；所述的支架主体(411)焊接在底座(413)上，若干个加固角钢(412)焊接在底座(413)和支架主体(411)之间起连接加固作用；所述的伸臂(415)一端用螺栓固定在支架主体(411)的可调节螺栓孔(416)上，可根据实际需要选择可调节螺栓孔(416)高度；所述的电机(42)通过电机固定螺栓(421)安装在其中一个支架(41)伸臂(415)上，电机(42)与自动化控制机箱(5)的电源开关(53)、驱动器(55)之间通过导线(57)连接，自动化控制机箱(5)可为电机(42)提供电力输出，并根据内部程序控制电机(42)的启动、停止及不同加速度；所述的主动轮(43)安装在电机(42)的转动轴上，可在电机(42)带动下同步转动；所述的从动轮(44)安装在另一边支架(41)的转动轴上，可自由转动；所述的传动履带(45)两端分别与列车模型(3)首尾履带压片(36)固定连接形成闭合环状，环挂在主动轮(43)与从动轮(44)之间并拉紧，在主动轮(43)转动下可带动从动轮(44)转动以及列车模型(3)的移动。

5.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述的自动化控制机箱(5)包括机箱(51)、电源转换器(52)、电源开关(53)、电机控制器(54)、驱动器(55)；所述的机箱(51)是一个金属箱，用于固定和保护内部设备；所述的电源转换器(52)固定安装在机箱(51)内，可通过电缆与外部电源连接，并将标准电压转换为适用于电机(42)以及内部设备的低电压，提供稳定可靠的电力输出；所述的电源开关(53)固定安装在机箱(51)外表面，与电源转换器(52)、驱动器(55)、电机(42)之间通过导线(57)连接，可一键启动或暂停向电机(42)的电力输出，可应对试验过程中的突发情况，保证试验安全；所述的电机控制器(54)固定安装在机箱(51)内，通过导线(57)与电源转换器(52)、驱动器(55)连接，为单片机结构，可通过数据线(56)与外部电脑直接相连，利用编程软件进行编程，设置电机(42)运行控制参数，以实现不同的列车模型(3)运行速度；所述的驱动器(55)固定安装在机箱(51)内，通过导线(57)与电源转换器(52)、电源开关(53)、电机控制器(54)、限位传感器(24)、电机(42)连接，是电机控制器(54)和电机(42)的桥梁，实现控制电机(42)按照程序运行，存储已编写好的程序。

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