一种多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置，包括试验箱、贯穿试验箱前后两个端面的隧道衬砌模拟结构体及其内置的试验荷载加载系统，安置在主体试验箱四个侧面可变位置的试验荷载加载系统、组成试验箱四个侧面的金属条，试验箱内部承装围岩模拟材料，衬砌模拟材料和隧道结构模拟材料之间安置检测装置。该装置能更好地模拟不同近接类型的多层次地下空间结构周边的动荷载干扰环境，包括单侧、多侧动荷载组合干扰环境；实现结构内外部不同形式、大小、频率、持续时间的动荷载组合作用的模拟，为多层次地下空间的设计、施工和运营期的长期稳定性提供更加可靠的试验依据，更好地保证多层次地下空间结构的安全性和经济性。

A multi layer underground space structure and dynamic response simulation device of surrounding rock

The utility model discloses a simulation device of dynamic response of a multi level underground structure and surrounding rock, including test box, through the test loading system test box before and after the two end of the tunnel lining structure and its built-in simulation, placed in metal strip test loading system, the main test box four side position variable composition the four sides of the test box, inside the test box for loading simulation of surrounding rock materials, lining materials and Simulation of tunnel structure simulation test device is arranged between the materials. The multi-level underground space structure surrounding the device can better simulate the different Approximities types of dynamic load disturbance environment, including single and multi side dynamic interference environment load; structure and external form, size, frequency and duration of the dynamic load simulation, provide more reliable experimental basis for long-term stability design, multi-level underground space construction and operation period, better ensure the safety and economy of the multi-level underground space structure.

【技术实现步骤摘要】
一种多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置
本技术属于地下空间设计与建造
，特别应用于不同近接类型的多层次地下空间结构在运营期间受到不同形式的振动荷载作用下，自身结构以及周围岩土体动力响应及发展规律、振动波沿空间横向、纵向以及竖向传播规律的试验模拟研究。
技术介绍
随着城市化进程的飞速发展，城市综合交通枢纽换乘向立体换乘方向发展，城市枢纽因条件限制，很多地段无法明挖或全明挖，以及为避免深大基坑，修建了地下立体结构体，结构交叉重叠层次多，开挖断面大、空间结构复杂、近接类型多样、相互影响敏感、隧道设计、施工难度极大。地下结构承受自身动荷载和邻近结构动荷载的多重动力作用，结构的受力性能和长期安全稳定性受到极大的影响，对动荷载作用下的多层次地下空间结构之间的相互影响作用的认知不足，会使地下空间结构产生严重的安全稳定性隐患和威胁。目前，人们对这种邻近的地下空间结构相互作用的动力响应及其发展规律缺乏深入了解。通过建立多层次地下空间结构及围岩的动力响应试验装置，进行运营期间在不同形式动荷载作用下的多层次地下空间结构动力特性模拟试验，以分析得出不同近接类型的多层次地下空间结构在列车不同振动荷载作用下，自身结构以及周围岩土体动力响应及发展规律、振动波沿空间横向、纵向以及竖向传播规律，为多层次地下空间结构设计、施工和运营期间的长期稳定性的研究提供试验依据，对地下空间的发展具有十分重要的意义。现有地下结构中动力响应测试模拟系统主要是单个地下空间结构或者两个地下空间结构间的动力响应测试系统，通过受信号发生器控制的激振器将动荷载施加在地下空间结构物上，模拟不同车速下，列车产生的振动荷载对结构的影响。其仅仅考虑下单个或者双个地下空间结构之间的动力响应现象。现有方法和系统通常用于单条或双条的城市地铁隧道、公路隧道和铁路隧道的动力响应测试中，无法考虑并模拟其它不同近接类型的条件下地下空间结构之间及围岩土体的动力响应现象，特别是无法模拟出多层次地下空间结构在自身内部承受不同形式、大小、不同频率、不同持续时间的动荷载作用同时又承受外部不同方位空间结构传来的不同形式、大小、频率、持续时间动荷载作用情况下的结构及围岩的动力响应现象。目前，国内尚缺乏关于多层次地下空间结构相互之间动力作用的模拟装置，其设计与模拟的地下空间结构情形简单，使得多层次地下空间结构之间的动力响应现象的模拟受到极大的限制；于此同时，模拟的地下空间动荷载形式单一，其模拟过程中无法考虑对不同方位的外部动荷载对结构的动力作用，且忽略了不同动荷载同时作用产生的综合影响。
技术实现思路
本技术为解决现有技术中的不足之处，公开了一种多层次地下空间结构及围岩的动力响应测试装置，该装置能够更好地模拟不同近接类型的多层次地下空间结构周边的动载干扰环境，包括单侧动荷载干扰环境、多侧动荷载组合干扰环境；实现了多层次地下空间结构内外部不同形式、大小、频率、持续时间的动荷载组合作用的模拟，分析在不同的动荷载干扰环境下多层次地下空间结构及围岩的动力响应及发展规律、振动波沿空间横向、纵向以及竖向传播规律。为多层次地下空间的设计、施工和运营期的长期稳定性提供更加可靠的试验依据，更好地保证多层次地下空间结构的安全和经济。为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为：多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置，包括长方体结构的试验箱箱体；所述试验箱包括长方体结构的金属骨架，试验箱前、后端面分别固定有机玻璃面板构成透明可视结构，上、下、左、右端面分别由多种宽度的可拆卸金属板固定构成；所述试验箱前、后端面中心固定有贯穿试验箱的中空的隧道衬砌模拟结构体，试验箱内其它空间填充围岩模拟材料；所述试验箱上、下、左、右端面上分别设置位置可变的试验荷载加载系统，隧道衬砌模拟结构体内设置试验荷载加载系统，各试验荷载加载系统与控制系统控制连接；所述试验箱内设置有监测装置，包括土压力计、动态应变采集仪、探伤仪、应力波无损检测仪，各监测装置与控制系统信号连接；所述试验箱通过实验台固定于地基上。上述构成上、下、左、右端面金属板的内表面涂覆有具有弹性的减震敷层。上述监测装置分别安装于围岩模拟材料与隧道衬砌模拟材料之间。进一步上述相邻两金属板的侧面接触面均以相对于金属板表面呈45度倾斜的斜面紧密衔接。上述隧道衬砌模拟结构体横截面采用方形、圆形、连拱形或马蹄形结构。上述围岩模拟材料是包括石膏、水、砂、重晶石粉的搅拌混合物；填装时每12cm一层，分别多次填装，每次填装完毕后层间刮毛，人工振捣使围岩模拟材料达到设计的容重要求。本技术所述隧道衬砌模拟结构体选择石膏、水、砂、硅藻土，按照设计配合比拌合后浇入模具制成。本技术所述隧道衬砌模拟结构体及其体内设置的试验荷载加载系统均通过固定于前、后端面之间的钢梁固定。本技术所述试验箱上、下、左、右端面设置试验荷载加载装置由可调节的激振器组成，激振器包括马达电机和偏心轮。本技术所述隧道衬砌模拟结构体内设置试验荷载加载系统是可伸缩形式的激振器。本技术采用的监测装置中，土压力计监测装置的测试元器件设置在围岩模拟材料和隧道衬砌结构模拟材料之间，采集记录试验过程中结构和围岩之间的应力变化情况；用动态应变仪采集仪采集记录试验过程中结构应变的变化规律；探伤仪监测试验过程中结构的损伤情况；用应力波无损检测仪记录试验过程中振动波沿空间横向、纵向以及竖向传播规律。本技术可以模拟不同近接类型条件下、不同内外部动荷载组合作用条件下多层次地下空间结构和围岩的动力响应现象。包括采用方形、马蹄形、连拱形的隧洞结构。通过选择打开或关闭主体试验箱侧面的试验荷载加载装置，可以模拟出侧向无邻近地下空间结构、单侧有邻近地下空间结构、双侧有邻近地下空间结构、三侧有邻近地下空间结构、四个侧面有邻近地下空间结构的情况，通过调整试验箱上下左右侧面试验荷载加载装置的位置模拟出不同的地下空间结构近接类型，其中试验荷载加载装置位置的改变通过调整金属板条的位置实现。四个侧面的试验荷载加载装置选用可调节的小型激振器进行模拟，小型激振器可以由马达电机和偏心轮组成。通过信号发生器控制四个侧面加载装置输出的不同形式、大小、频率、持续时间的动荷载，来模拟相对于隧道衬砌结构而言不同形式的的动荷载干扰环境。单侧的试验荷载加载装置可以根据需要设置多台。隧道衬砌模拟结构体内的试验加载装置选用可伸缩形式的激振器进行模拟，所述可伸缩形式的激振器是由电机和伸缩机械装置构成，通过激振器将动荷载稳定、准确地传递到隧道衬砌结构上，通过信号发生器控制内部加载装置输出的不同形式、大小、频率、持续时间的动荷载作用在隧道衬砌结构上，并根据具体要求模拟出不同车速、不同等级列车荷载对隧道衬砌结构及其围岩的动力响应现象。内部加载装置可以根据需要设置多台。与现有技术相比，本技术的有益效果是：试验箱前后两个端面采用可视透明结构，能够清楚地看到结构和围岩在多种动荷载的组合作用下的动力响应现象，使得围岩土体的扰动、衬砌结构出现裂缝等一系列的损伤破坏过程更加直观；通过调整试验箱中围岩和衬砌的相似配合比、改变衬砌结构的形状、赋予围岩和衬砌结构的缺陷性质(比如在衬砌模拟结构中留空洞模拟衬砌结构存在空洞缺陷时的动力响应现象)等可以模拟不同强度等级、不同型式、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置，包括长方体结构的试验箱箱体，其特征在于：所述试验箱包括长方体结构的金属骨架，试验箱前、后端面分别固定有机玻璃面板构成透明可视结构，上、下、左、右端面分别由多种宽度的可拆卸金属板固定构成；所述试验箱前、后端面中心固定有贯穿试验箱的中空的隧道衬砌模拟结构体，试验箱内其它空间填充围岩模拟材料；所述试验箱上、下、左、右端面上分别设置位置可变的试验荷载加载系统，隧道衬砌模拟结构体内设置试验荷载加载系统，各试验荷载加载系统与控制系统控制连接；所述试验箱内设置有监测装置，包括土压力计、动态应变采集仪、探伤仪、应力波无损检测仪，各监测装置与控制系统信号连接；所述试验箱通过实验台固定于地基上。

【技术特征摘要】
1.一种多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置，包括长方体结构的试验箱箱体，其特征在于：所述试验箱包括长方体结构的金属骨架，试验箱前、后端面分别固定有机玻璃面板构成透明可视结构，上、下、左、右端面分别由多种宽度的可拆卸金属板固定构成；所述试验箱前、后端面中心固定有贯穿试验箱的中空的隧道衬砌模拟结构体，试验箱内其它空间填充围岩模拟材料；所述试验箱上、下、左、右端面上分别设置位置可变的试验荷载加载系统，隧道衬砌模拟结构体内设置试验荷载加载系统，各试验荷载加载系统与控制系统控制连接；所述试验箱内设置有监测装置，包括土压力计、动态应变采集仪、探伤仪、应力波无损检测仪，各监测装置与控制系统信号连接；所述试验箱通过实验台固定于地基上。2.根据权利要求1所述的多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置，其特征在于：所述构成上、下、左、右端面金属板的内表面涂覆有具有弹性的减震敷层。3.根据权利要求2所述的多层次地下空间结构及围岩的动力响应模拟装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑波涛，王明年，张万斌，于丽，杨萍茹，蔡闽金，徐湉源，李海军，
申请(专利权)人：西南交通大学，重庆城市综合交通枢纽开发投资有限公司，中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川,51