[发明专利]地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验方法，使用的试验装置的组成是：

模型箱（1）中填筑有模拟土体的试验土样（2），试验土样（2）中埋设有模拟隧道的隧道模型，所述的隧道模型由钢筋混凝土整体浇筑的环形衬砌结构（3a）和环形衬砌结构（3a）内腔底部的道床结构（3b）构成；所述的道床结构（3b）上设置有激振设备（4）；所述的激振设备（4）与道床结构（3b）间安装有压力传感器（5）；

所述的隧道模型的中轴线的正上方和两侧的内壁上设置有加速度传感器（6）；

所述的隧道模型有多种：模拟隧道健康状态的、环形衬砌结构（3a）上无损伤裂纹的健康隧道模型（3'）；模拟隧道不同损伤状态的、环形衬砌结构（3a）上有不同损伤程度的损伤裂纹（B）的系列损伤隧道模型（3''）；模拟隧道损坏状态的、环形衬砌结构（3a）有贯穿裂纹（C）的损坏隧道模型（3'''）；

所述的激振设备（4）、压力传感器（5）和加速度传感器（6）均与动态信号测试分析及控制系统电连接；

使用所述的试验装置进行地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验方法，其步骤是：

A、在模型箱（1）中填筑模拟土体的试验土样（2），并埋置健康隧道模型（3'）；

B、动态信号测试分析及控制系统启动激振设备（4），使激振设备（4）产生设定频率和幅值、时间的激振振动，以模拟设定的列车车型及车速通过隧道时对隧道产生的振动荷载，并通过压力传感器（5）进行反馈控制；同时，动态信号测试分析及控制系统在激振振动过程中，采集并记录所有的加速度传感器（6）测出的隧道模型的受激振动信号；随后，停止激振振动；

C、动态信号测试分析及控制系统对受激振动信号进行处理，得到健康隧道模型受激振动的时域波形和频域曲线，并得到健康隧道模型振动的固有频率；

D1、将模型箱（1）中埋置的隧道模型替换为系列损伤隧道模型（3''）中的一种损伤状态的损伤隧道模型（3''）；

D2、重复步骤B的操作；动态信号测试分析及控制系统对受激振动信号进行处理，得到该种损伤状态的损伤隧道模型（3''）的受激振动的时域波形和频域曲线，并得到该种损伤状态的损伤隧道模型（3''）振动的固有频率；完成该种损伤状态的损伤隧道模型（3''）的测试；

D3、将D1步的模型箱（1）中埋置的隧道模型替换为系列损伤隧道模型（3''）中的另一种损伤状态的损伤隧道模型（3''）；重复步骤D2的操作；

重复以上操作，直至系列损伤隧道模型（3''）中的所有损伤状态的损伤隧道模型（3''）均完成测试；

E、将模型箱（1）中埋置的隧道模型替换为损坏隧道模型（3'''）；重复步骤B的操作；动态信号测试分析及控制系统对受激振动信号，进行处理，得到损坏隧道模型（3'''）受激振动的时域波形和频域曲线，并得到损坏隧道模型（3'''）振动的固有频率。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验方法，其特征在于：所述的加速度传感器（6）为MEMS加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验方法，其特征在于，所述的模型箱（1）由铝制板制成，且模型箱（1）的内壁贴附泡沫塑料板（1a）。