[发明专利]一种循环动载土体沉降的模型试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种循环动载土体沉降的模型试验装置，其特征在于，包括模型箱、隧道模型、电液伺服动力加载系统、沉降监测系统以及控制系统；所述模型箱内填充有土体，并且土体内设置有隧道模型(12)，电液伺服动力加载系统与隧道模型(12)相连，电液伺服动力加载系统和沉降监测系统均与控制系统相连；电液伺服动力加载系统包括电液伺服作动器(4)、动力控制设备(5)与试验支座框架，其中，动力控制设备(5)内部设置有电动机(6)，电动机(6)连接有油压泵(7)，油压泵(7)与电液伺服作动器(4)相连；

控制系统包括数据采集仪(17)、数据处理器(18)以及控制主机(19)；数据采集仪(17)与沉降监测系统相连，数据采集仪(17)与数据处理器(18)相连，数据处理器(18)将处理后的试验数据传输至控制主机(19)；

沉降监测系统包括载荷传感器(14)、位移传感器(15)和若干柔性位移计(16)；载荷传感器(14)设置于电液伺服作动器(4)的加压下端，实时监测循环动载施加值；若干位移传感器(15)设置于电液伺服作动器(4)的缸筒一侧，实时监测隧道模型(12)底部位移值；载荷传感器(14)位移传感器(15)和若干柔性位移计(16)均与数据采集仪(17)相连；

模型箱包括钢板底座(1)、型钢框架(2)和有机玻璃板(3)；钢板底座(1)上设置有4块有机玻璃板(3)，4块有机玻璃板(3)相连形成空腔，有机玻璃板(3)外侧设置有型钢框架(2)；

开启控制主机(19)，设定基准起始动荷载值、试验参数存储间隔及动荷载频率值，动力控制设备(5)接收控制主机(19)指令后控制电动机(6)推动油压泵(7)对油体加压，油体流入电液电液伺服阀(4)，电液伺服作动器(4)接收控制主机(19)指令后通过电液伺服阀精准调节负载压力与缸筒位移，载荷传感器(14)实时输出动荷载施加值，当达到基准起始动荷载值时位移传感器(15)实时输出隧道模型(12)底端位移值，柔性位移计(16)实时输出土体位移变化值，试验数据经数据采集仪(17)传输至数据处理器(18)，数据处理器(18)对采集到的数据进行筛分，通过参数分析模块进行差值分析，得到隧道底部沉降随时间的变化趋势、隧道沉降对周围土体的影响范围、加载频率、大小、时长对隧道沉降的影响，数据处理器(18)将分析后的试验数据传输至控制主机(19)，控制主机(19)将整理后不同加载频率下的动荷载数据分别与对应隧道模型(12)底端位移数据、隧道模型(12)周边土体位移变化数据进行关系曲线拟合，形成图像，根据图像预测不同测点位移随循环动载下的变化趋势。

2.根据权利要求1所述的循环动载土体沉降的模型试验装置，其特征在于，油压泵(7)还连接有冷却系统(8)。

3.根据权利要求1所述的循环动载土体沉降的模型试验装置，其特征在于，钢板底座(1)的底面设置有橡胶减震垫(11)。

4.根据权利要求1所述的循环动载土体沉降的模型试验装置，其特征在于，试验支座框架包括钢管支架(10)以及高度能够调节的混凝土支撑板(9)；混凝土支撑板(9)水平设置，钢管支架(10)为两对并且竖直设置，混凝土支撑板(9)通过螺栓固定在两对钢管支架(10)上，钢管支架(10)下端通过螺栓固定于钢板底座(1)上；电液伺服作动器(4)固定于混凝土支撑板(9)上，并且电液伺服作动器(4)的下端穿过混凝土支撑板(9)。

5.根据权利要求1所述的循环动载土体沉降的模型试验装置，其特征在于，位移传感器(15)采用磁致伸缩位移传感器；柔性位移计(16)布置方式为以隧道模型(12)中心为原点，分别沿水平、竖直方向等距离布置一排和一列柔性位移计。

6.根据权利要求1所述的循环动载土体沉降的模型试验装置，其特征在于，隧道模型(12)采用钢材制成，呈空心圆筒状；隧道模型(12)上方设置有加载通孔，加载通孔内设置有动力加载杆(13)，动力加载杆(13)连接电液伺服作动器(4)下端加荷点与隧道模型(12)底部受荷点。

7.一种基于权利要求1所述装置的试验方法，其特征在于，开启控制主机(19)，设定基准起始动荷载值、试验参数存储间隔及动荷载频率值，动力控制设备(5)接收控制主机(19)指令后控制电动机(6)推动油压泵(7)对油体加压，油体流入电液电液伺服阀(4)，电液伺服作动器(4)接收控制主机(19)指令后通过电液伺服阀精准调节负载压力与缸筒位移，载荷传感器(14)实时输出动荷载施加值，当达到基准起始动荷载值时位移传感器(15)实时输出隧道模型(12)底端位移值，柔性位移计(16)实时输出土体位移变化值，试验数据经数据采集仪(17)传输至数据处理器(18)，数据处理器(18)对采集到的数据进行筛分，通过参数分析模块进行差值分析，得到隧道底部沉降随时间的变化趋势、隧道沉降对周围土体的影响范围、加载频率、大小、时长对隧道沉降的影响，数据处理器(18)将分析后的试验数据传输至控制主机(19)，控制主机(19)将整理后不同加载频率下的动荷载数据分别与对应隧道模型(12)底端位移数据、隧道模型(12)周边土体位移变化数据进行关系曲线拟合，形成图像，根据图像预测不同测点位移随循环动载下的变化趋势。