[发明专利]模拟密集建筑群区地面长期沉降的模型实验装置

说明书

本发明涉及模拟密集建筑群区受溶洞‑暗河‑隧道群运营影响的地面长期沉降模型实验装置，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多模型组合系统、岩溶地层系统、隧道系统、地面密集建筑群、城市暗河水循环系统、溶洞水循环系统、数据采集系统、激振系统、控制系统。本发明模拟了密集建筑群区公路隧道群和地铁隧道共同运营时车辆振动荷载对地面长期沉降的影响，模拟了城市暗河作用下隧道群运营车辆振动荷载对土体长期沉降的影响，模拟溶洞作用下隧道群运营车辆振动荷载对土体长期沉降的影响；具有环境模拟逼真度高、实验数据准确、实验成本低的特点，能全天候观测地面长期沉降的缓慢形变过程。

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，尤其是涉及模拟密集建筑群区受溶洞-暗河-隧道群运营影响的地面长期沉降模型实验装置。

背景技术

随着城市轨道交通网络化建设的发展，城市地铁隧道和城市地下公路隧道叠交运营在我国特大城市已越来越多。城市密集建筑群区人口众多，往往集商业、金融贸易、娱乐为一体，是城市人流的汇集点，也是城市地铁隧道和城市地下公路隧道运营最频繁的区域。该区域由于长期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。

现有特大城市地铁或城市地下公路运营引发地面沉降的模型实验研究，主要是针对地铁运营或公路运营引起的工后短期沉降，没有考虑城市密集建筑群-地铁运营车辆振动荷载-城市地下公路运营车辆荷载联合作用引发的地面长期沉降，对当前城市建设过程中因遇岩溶、暗河等地质灾害隐患诱发地面长期沉降的模型实验研究极少。因此，如何精确可靠地监测密集建筑群区受溶洞-暗河-隧道群运营影响的地面长期沉降量，对揭示城市地下工程运营诱发地面长期沉降核心安全风险的形成与演化机理具有重要意义。

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受溶洞-暗河-隧道群运营影响的地面长期沉降进行研究，也没有考虑密集建筑群对地面长期沉降的影响。

发明内容

本发明的目在于，克服上述现有技术的不足，提供一种模拟密集建筑群区受溶洞-暗河-隧道群运营影响的地面长期沉降的模型实验装置，该模型试验装置具有环境模拟逼真度高、实验数据准确可靠、实验成本低、观测不限时间和环境限制等特点。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种模拟密集建筑群区地面长期沉降的模型实验装置，应用于受溶洞-暗河-隧道群运营影响条件下，包括多模型组合系统、岩溶地层系统、隧道系统、地面密集建筑群、城市暗河水循环系统、溶洞水循环系统、数据采集系统、激振系统、传导系统；

所述多模型组合系统包括第一箱体、第二箱体、第三箱体、第四箱体；所述第一箱体内的中上部依次布设第二箱体、第三箱体、第四箱体；

所述岩溶地层系统包括第一土层、第二土层、第三土层、第四土层、溶洞土层；

所述隧道系统包括公路隧道系统和地铁隧道系统；作为举例而非限定，所述地铁隧道系统包括地铁隧道。