[发明专利]一种盾构隧道抗液化振动台模型试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种盾构隧道抗液化振动台模型试验装置，包括模型箱、储气系统、输气系统与测量系统；模型箱位于振动台上，其内设有液化土地基模型与盾构隧道结构模型；储气系统包括氮气瓶；输气系统包括橡胶软管与铝制注气管；铝制注气管置于液化土地基模型内，铝制注气管的一端通过橡胶软管与氮气瓶相连；测量系统包括孔隙水压力计、土压力传感器、加速度传感器与数据采集仪；孔隙水压力计、土压力传感器、加速度传感器置于液化土地基模型内，分别通过数据线与数据采集仪相连。本发明还提供了一种盾构隧道模型抗液化振动台试验方法。本发明提供合理的物理相似条件和易于实施的边界处理条件，能实现直接注气降饱度法加固盾构隧道液化地基的过程。

技术领域

本发明涉及结构工程和地震工程领域，尤其涉及一种盾构隧道抗液化振动台模型试验装置及试验方法。

背景技术

从1995年日本阪神大地震后，地铁工程在强地震作用下的灾害问题开始引起广泛的研究关注，而饱和砂土地层在地震荷载作用下液化后，对地下结构将产生更为严重的破环。

目前，国内外针对地铁盾构隧道的地震响应问题有较多研究。其中，作为重要研究方法的，除了理论解析方法、数值模拟方法外，振动台模型试验由于可以探究不同参数对盾构隧道与周围岩土体的动力响应特性影响，是研究盾构隧道抗震问题的重要手段。而已有的众多盾构隧道模型试验绝大多数都是建立在非液化土层条件下，针对液化地层的研究尤其是振动台模型试验研究很少。而已有的关于液化地基盾构隧道振动台模型试验研究，有些仅就液化土层范围及盾构隧道埋深对隧道液化上浮的影响及上浮等液化机理方面做了分析而未对抗液化措施开展研究；有些针对现在地铁工程设计施工中最常应用的抗液化注浆方法进行了盾构隧道采取壁后注浆措施前后周边液化地层的动力响应研究，但注浆方法本身存在以下问题：浆液加固后追踪监测困难，处理效果难以量化评估，注浆加固指标常以工程经验为依据，难以精准设计和保证经济性，且方法对地铁周围环境扰动较大，不满足绿色环保要求。而对于注浆法外其他在地基抗液化措施中常用的比如挤密砂桩、固结排水、强夯换填等方法因会对地铁市政工程及城市建设产生较大扰动一般极少采用。

据此，目前急需一种新型盾构隧道抗液化振动台模型试验装置及试验方法，从而有效弥补传统方法在地铁盾构隧道抗液化处理中的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种盾构隧道抗液化振动台模型试验装置及试验方法，其可避免采用传统注浆加固方式时带来的追踪监测困难、难以量化评估、难以保证经济性，以及不满足绿色环保要求的问题。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种盾构隧道抗液化振动台模型试验装置，包括：

模型箱，所述模型箱设置在振动台上，并且，所述模型箱内设置有盾构隧道-地基模型；所述盾构隧道-地基模型包括液化土地基模型以及埋置于其内的盾构隧道结构模型；

储气系统，所述储气系统包括氮气瓶；所述氮气瓶设置在所述振动台与所述模型箱的外部；

输气系统，所述输气系统包括橡胶软管与铝制注气管；所述铝制注气管埋置于所述液化土地基模型内，并且，所述铝制注气管的一端通过所述橡胶软管与所述氮气瓶相连；

测量系统，所述测量系统包括孔隙水压力计、土压力传感器、加速度传感器与数据采集仪；所述孔隙水压力计、土压力传感器、加速度传感器均埋置于所述液化土地基模型内，并分别通过数据线与所述数据采集仪相连；所述数据采集仪设置在所述振动台与所述模型箱的外部。

作为本发明的优选方式之一，所述模型箱为顶部开口的长方体结构，所述顶部开口的长方体结构采用钢板制作而成。

作为本发明的优选方式之一，所述顶部开口的长方体结构的各钢板内壁分别铺设有一层聚乙烯泡沫板，所述聚乙烯泡沫板的内壁再铺设有一层防水布。