CN211425806U - 用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于隧道‑滑坡体系的振动台试验系统，包括U型钢板、有机玻璃板及钢板制成顶面敞开的可视化模型箱，箱内右侧壁设置聚苯乙烯泡沫板，箱内填筑围岩材料并修筑坡体，坡体下设置滑带，围岩材料内部水平埋设两个立体交叉的隧道模型，隧道模型周围布设若干加速度传感器和动态应变片，坡体坡面上、滑带上下两侧及围岩材料内布设若干加速度传感器和动态土压力计。本实用新型提供的振动台试验系统可全方位动态监测隧道‑滑坡体系中隧道衬砌、隧道整体及周边围岩的动力响应情况及应变响应变化，掌握不同工况下隧道衬砌及周边围岩的动力响应情况，不仅节约成本，而且能对隧道及边坡的动力响应情况进行同阶段监测与分析。

Description

用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统

技术领域

本实用新型属于振动台试验装置技术领域，尤其涉及一种用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统。

背景技术

随着我国高速铁路在西部地区的大规模建设，因西部地区地形的特殊性，隧道在线路中所占的比例越来越高，洞口隧道在滑坡作用下产生的病害也越来越严重。但我国目前在隧道-洞口滑坡体系中还没有可供参考的受力变形模式，特别是对于隧道-滑坡体系的研究更是一片空白。在地震荷载作用下，隧道结构同一时刻往往受到入射、反射、绕射等多种地震波的激振，相互之间影响较大，由于围岩之间的相互影响，交叉段容易成为整条隧道最为薄弱的区段。另外，洞口隧道在滑坡与地震荷载共同作用下，可能会导致非常严重的后果发生。

在我国断裂发育、地震活跃的地质背景下，隧道-滑坡的抗震问题日益突出，因此深入研究不同地震激励作用下隧道-滑坡的动力响应特性，对于正确指导震区隧道的设计、施工和运营维护具有重要的现实意义。

在已有隧道动力响应研究成果中，研究手段主要为理论分析和数值模拟，虽然数值模拟可以对隧道的动力响应分析，但其模型建立复杂且无法完全满足实际需要，另外模型计算及分析需要花费大量的时间，同时，若建模参数选择不恰当，可能会导致模拟失败；对于理论分析而言，其往往都是在大量假设的前提下对模型进行简化，在一定程度上无法完全还原实际工程，分析计算误差较大，一般只能作为参考。而对于隧道结构抗震性能研究最优选的办法就是采用振动台试验方法，该方法可以再现以往的地震过程或者加载人工地震波，是研究结构动力特性、破坏机理、抗震措施最直接的途径。但目前针对隧道振动台试验研究分析的成果较少，且对于隧道围岩监测的途径较为单一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，包括可视化模型箱，所述可视化模型箱的框架由U型钢板制成，所述框架的前后侧面为U型钢板制成的网格状，并在前后侧面的网格状U型钢板上固定有机玻璃板，所述框架的左右侧面及底面固定钢板，且左侧钢板低于框架高度，框架的顶面敞开，所述框架的右侧面钢板内侧设置聚苯乙烯泡沫板；所述可视化模型箱内填筑有围岩材料，并在可视化模型箱内左侧修筑坡体，所述坡体下设置模拟滑坡的滑带；所述可视化模型箱内的围岩材料中水平埋设两个立体交叉放置的隧道模型，所述隧道模型周围布设有若干加速度传感器和若干动态应变片，所述坡体坡面上、滑带上下两侧及围岩材料内布设有若干加速度传感器和动态土压力计。

优选地，所述可视化模型箱中两隧道模型的交叉角度为0-90°。

优选地，所述可视化模型箱中的一个隧道模型前后横穿围岩材料放置，且前后横穿放置的隧道模型的两端洞口位于围岩材料的边界处，并在两端洞口处设置聚苯乙烯泡沫板；所述可视化模型箱中的另一个隧道模型立体交叉埋设于前后横穿放置的隧道模型的上方，并且上方隧道模型的一端洞口穿出所述坡体，另一端洞口置于围岩材料内部且朝向可视化模型箱右侧的聚苯乙烯泡沫板。

优选地，所述可视化模型箱中两个隧道模型正交放置，且前后横穿放置的隧道模型与可视化模型箱的前后侧面垂直。

优选地，所述隧道模型交叉段截面的拱顶和仰拱处布设加速度传感器，且以所述拱顶和仰拱为中心在两侧沿轴向以一定间距布设加速度传感器；所述隧道模型交叉段的中线上沿竖向方向布设若干加速度传感器；所述前后横穿放置的隧道模型的拱腰两外侧一定距离处布设与坡体竖向方向一致的一排加速度传感器和一排动态土压力计；所述隧道模型交叉段中心断面的环向及轴向布设若干动态应变片；所述隧道模型交叉段中心断面两侧以一定间距布置若干环形断面，所述环形断面的拱顶、仰拱和拱腰处分别布设动态应变片。

优选地，所述隧道模型交叉段中心断面的环向及轴向的拱顶、拱腰和仰拱处布设动态应变片。

优选地，所述滑带由特氟纶塑料与草木灰以一定配比制成。

相比于现有技术的缺点和不足，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统可用于监测隧道-滑坡体系现结合情况下的动态响应情况，通过在试验模型中合理的布设加速度传感器、动态应变片和动态土压力计，实现全方位动态监测隧道衬砌、隧道整体及周边围岩的动力响应情况及应变响应变化的目的，同时也可以通过不同截面的对比来分析隧道特有的动态响应特征，能够掌握在不同工况下隧道衬砌及周边围岩的动力响应情况，且易于埋设。

(2)本实用新型提供的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统可以在试验过程中对隧道洞口及坡面在滑坡及地震荷载耦合作用下的变形特征和破坏模式进行研究，并在试验过程中达到“三位一体”：即隧道、围岩、边坡在地震荷载作用下的动力响应共同监测，不仅可以节约成本，而且可以同时对隧道及边坡的动力响应进行同阶段监测及分析。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的振动台试验系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的振动台试验系统主视方向上隧道模型的放置示意图。

图3是本实用新型实施例提供的振动台试验系统俯视方向上隧道模型的放置示意图。

图4是本实用新型实施例提供的隧道模型周围加速度传感器与动态应变片布置图。

图5是本实用新型实施例提供的坡体处、滑带处及围岩材料填筑内部加速度传感器和动态土压力计布置图。

图中：1-可视化模型箱，2-U型钢板，3-有机玻璃板，4-聚苯乙烯泡沫板，5-Ⅰ号隧道模型，6-Ⅱ号隧道模型，7-围岩材料，8-坡体，9-滑带，10-加速度传感器，11-动态应变片，12-动态土压力计，13-螺丝，14-钢板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，另外，文中涉及的“左、右”仅以说明书附图中的图示方向为准，便于理解，并不用以限定本实用新型。

参照图1-5，用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，包括由U型钢板2、有机玻璃板3和钢板14制成的顶面敞开的可视化模型箱1，其中，U型钢板2焊接构成可视化模型箱1的框架，框架的前后侧面为U型钢板制成的网格状，框架的左右侧面及底面为钢板14，且左侧钢板14低于框架高度，目的是在箱体内左侧修筑坡体8，左侧钢板14的高度根据坡体8的坡面下边缘确定，制作时将左侧钢板14的顶边与坡体8的坡面下边缘齐平即可。有机玻璃板3通过U型钢板2上预留螺丝孔及螺丝13固定于框架的前后侧面，构成可视化模型箱1的前后侧壁，可视化模型箱1右侧钢板14的内侧壁设置聚苯乙烯泡沫板4，以减小振动波的反射，限制减小箱底和围岩材料的相对位移。

可视化模型箱1内填筑有围岩材料7，围岩材料模型是根据实际工程需求，主要通过铁粉、重晶石粉、石英砂、石膏及甘油等的不同配比来选择适合隧道围岩的材料参数进行拌和而成。在可视化模型箱1的左侧修筑坡体8，坡体8下方设置由特氟纶塑料与草木灰以一定配比制成用于模拟滑坡的滑带9。可视化模型箱1内的围岩材料7中水平埋设立体交叉的用相同或相似材料浇筑而成的Ⅰ号隧道模型5和Ⅱ号隧道模型6，隧道模型使用石膏或细粒混凝土进行隧道浇筑，一般优选采用石膏，两隧道模型的立体交叉角度为0-90°，包含0°和90°，图1-5中的两隧道模型放置的立体交叉角度为90°，其中将Ⅰ号隧道模型5在围岩材料7内垂直于可视化模型箱的前后侧面放置，其两端位于围岩材料7的边界处且两端洞口分别设置与洞口形状贴合的聚苯乙烯泡沫板4，可以消除箱体侧壁的摩擦约束，减小振动波的反射，防止隧道受箱体影响而产生振动，减小其边界效应的影响。Ⅱ号隧道模型6在围岩材料7内放置于Ⅰ号隧道模型5的上方，Ⅱ号隧道模型6的一端洞口穿出坡体8，另一端洞口置于围岩材料7内部且朝向可视化模型箱1右侧的聚苯乙烯泡沫板4。

参照图4，Ⅰ号隧道模型5和Ⅱ号隧道模型6交叉段截面的拱顶和仰拱处布设加速度传感器10，且以该拱顶和仰拱为中心沿中心两侧轴向以一定间距布设加速度传感器10，Ⅰ号隧道模型5和Ⅱ号隧道模型6交叉段的中线上沿竖向方向布设若干加速度传感器10，Ⅰ号隧道模型5和Ⅱ号隧道模型6交叉段中心断面的环向及轴向布设有若干动态应变片11，优先采用将动态应变片11布设于交叉段中心断面环向及轴向的拱顶、拱腰和仰拱处的方式。同时，在Ⅰ号隧道模型5和Ⅱ号隧道模型6交叉段中心断面两侧以一定间距布置若干环形断面，每侧可布设3个环形断面，在环形断面的拱顶、仰拱和拱腰处分别布设动态应变片11。

参照图5，在坡体8坡面上间隔一定距离布设一组加速度传感器10和动态土压力计12，用以研究Ⅱ号隧道模型6左端洞口及坡面在滑坡及地震荷载耦合作用下的破坏特征。在滑带9上、下两侧均间隔一定距离布设若干组加速度传感器10和动态土压力计12，以研究滑坡中滑带在地震荷载作用下的破坏特征及动力响应。另外，在距离Ⅰ号隧道模型5拱腰两外侧一定距离处布设与坡体8竖向方向一致的一排加速度传感器10和一排动态土压力计12，用以研究坡体8内部响应情况及围岩状态。

本实用新型的可视化模型箱1中安装的加速度传感器10、动态应变片11、动态土压力计12的线路分类连接至相应采集仪上，即可进行振动台试验，按照提前设计好的工况进行不同形式地震波的加载，并在每次工况结束后，对模型进行观察并做好相应记录，另外在试验过程中实时影像记录。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，包括可视化模型箱，所述可视化模型箱的框架由U型钢板制成，所述框架的前后侧面为U型钢板制成的网格状，并在前后侧面的网格状U型钢板上固定有机玻璃板，所述框架的左右侧面及底面固定钢板，且左侧钢板低于框架高度，框架的顶面敞开，所述框架的右侧面钢板内侧设置聚苯乙烯泡沫板；所述可视化模型箱内填筑有围岩材料，并在可视化模型箱内左侧修筑坡体，所述坡体下设置模拟滑坡的滑带；所述可视化模型箱内的围岩材料中水平埋设两个立体交叉放置的隧道模型，所述隧道模型周围布设有若干加速度传感器和若干动态应变片，所述坡体坡面上、滑带上下两侧及围岩材料内布设有若干加速度传感器和动态土压力计。

2.如权利要求1所述的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，所述可视化模型箱中两隧道模型的交叉角度为0-90°。

3.如权利要求2所述的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，所述可视化模型箱中的一个隧道模型前后横穿围岩材料放置，且前后横穿放置的隧道模型的两端洞口位于围岩材料的边界处，并在两端洞口处设置聚苯乙烯泡沫板；所述可视化模型箱中的另一个隧道模型立体交叉埋设于前后横穿放置的隧道模型的上方，并且上方隧道模型的一端洞口穿出所述坡体，另一端洞口置于围岩材料内部且朝向可视化模型箱右侧的聚苯乙烯泡沫板。

4.如权利要求3所述的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，所述可视化模型箱中两个隧道模型正交放置，且前后横穿放置的隧道模型与可视化模型箱的前后侧面垂直。

5.如权利要求1-4任一项所述的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，所述隧道模型交叉段截面的拱顶和仰拱处布设加速度传感器，且以所述拱顶和仰拱为中心在两侧沿轴向以一定间距布设加速度传感器；所述隧道模型交叉段的中线上沿竖向方向布设若干加速度传感器；所述前后横穿放置的隧道模型的拱腰两外侧一定距离处布设与坡体竖向方向一致的一排加速度传感器和一排动态土压力计；所述隧道模型交叉段中心断面的环向及轴向布设若干动态应变片；所述隧道模型交叉段中心断面两侧以一定间距布置若干环形断面，所述环形断面的拱顶、仰拱和拱腰处分别布设动态应变片。

6.如权利要求5所述的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，所述隧道模型交叉段中心断面的环向及轴向的拱顶、拱腰和仰拱处布设动态应变片。

7.如权利要求1所述的用于隧道-滑坡体系的振动台试验系统，其特征在于，所述滑带由特氟纶塑料与草木灰以一定配比制成。

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