一种模拟软土地区隧道振动试验的结构模型观测装置的制作方法

本实用新型涉及领域，具体涉及一种模拟软土地区隧道振动试验的结构模型观测装置。

背景技术：

在隧道工程、岩土工程以及地下建筑工程等学科中隧道建设不可避免的会对邻近桩基造成一定的扰动，从而导致桩基产生不均匀沉降等一系列工程问题。隧道振动试验结构模型观测装置是有效缓解和避免此类问题的重要方法和手段。现有的隧道振动试验结构模型主要是模拟非软土工况中隧道结构和围岩的动力响应以及隧道施工对周边建(构)筑物产生的影响，通常适用于有构造应力场、均匀荷载条件下的隧道，鲜有针对软土地区盾构区间施工期以及运营期对邻近桩基的扰动研究。

在软土地区的地铁盾构与既有桥梁的近接施工中，软土底层物理力学性质差且地铁盾构隧道施工过程中会引起周围地层的移动，地层移动作用于桩体上会造成桩体产生附加变形和附加内力，从而会影响到桩基础的承载能力和稳定性。隧道振动试验结构模型不仅包含着隧道衬砌结构在静荷载、动荷载作用下的力学响应，同时紧密联系着与衬砌结构相连的岩土体。隧道振动结构试验模型能最大程度的模拟衬砌结构和周边岩土体在开挖过程以及车辆运行过程中的力学响应和损伤开裂发展过程，从而能够真实有效地反映对邻近桩基的影响。

基于上述情况，本实用新型提出了一种模拟软土地区隧道振动试验的结构模型观测装置，可有效解决以上问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种模拟软土地区隧道振动试验的结构模型观测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：

一种模拟软土地区隧道振动试验的结构模型观测装置，包括位于振动试验台上方且由多层框架堆叠而成的模型外箱和模型内箱，且所述模型外箱和模型内箱的多层框架之间一一对应设置；所述模型外箱的长度方向两侧分别设置有立柱，所述模型外箱的上方设置有连接所述模型外箱两侧立柱的横梁，所述横梁上设置有可作用于所述模型内箱试验土体上部的竖向千斤顶；所述每层模型外箱框架的内壁垂直设置有多个水平放置且可作用于所述模型内箱对应框架外侧壁的横向千斤顶，所述每层模型内箱框架的土体内埋设有安装位移传感器、应变片、加速度传感器以及标定散斑用于分析土体的应力场、位移场变化，观察土体破坏形态。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述每层模型内箱框架的长边内侧设置有滑轨，每层模型内箱框架的短边两端与滑轨滑动配合，以实现每层模型内箱框架的短边沿着长边移动。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述立柱的高度方向上间隔设置有位于相邻两层模型外箱框架之间的外箱轴承，用于实现所述每层模型外箱框架沿其长度方向水平移动。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述相邻两层模型内箱框架的长边之间各设置多个内箱轴承，以保证模型内箱框架长度方向的水平移动。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述相邻两层模型内箱框架之间夹设有橡胶衬，防止模型内箱试验土体漏出。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述模型外箱和所述模型内箱的每层框架均由矩形铝合金框架和钢化玻璃嵌合而成，且所述钢化玻璃均位于所述模型外箱的长侧面。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述模型外箱和所述模型内箱的高度相同。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述相邻两层模型外箱框架之间具有一定间距。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述竖向千斤顶的顶杆末端连接有钢板，钢板的下端面与模型内箱中的试验土体的上部接触。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述立柱下部固定于所述振动试验台上端面；所述模型外箱的最底层框架固定于所述振动试验台上端面；所述模型内箱的最底层框架固定于所述振动试验台上端面。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

该装置能够更好地实现在软土工况下隧道衬砌以及与衬砌紧密联系的岩土体在均布荷载和初始构造应力情况下的动力响应特性，更好地模拟软土在振动过程中的应力状态和变形特性，分析软土地区盾构区间施工期以及运营期对邻近桩基的影响，为在软土地区的地铁隧道建设提供基础数据，保证施工过程中对邻近桩基的影响减至最低，从而更好地保证生命财产安全。

附图说明

图1是本实用新型主视结构示意图；

图2是本实用新型的俯视结构示意图；

图3是本实用新型的模型内箱的内部结构示意图。

附图标记：1-模型外箱框架；2-外箱轴承；3-立柱；4-横梁；5-横向千斤顶；6-滑轨；7-模型内箱框架；8-试验土体；9-钢化玻璃；10-振动试验台台面；11-橡胶衬；12-竖向千斤顶；13-内箱轴承。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，本实施例提供一种模拟软土地区地铁建设及运营过程中隧道振动试验的结构模型观测装置，包括位于振动试验台上方且由多层框架堆叠而成的模型外箱和模型内箱，且所述模型外箱和模型内箱的多层框架之间一一对应设置。所述模型外箱和所述模型内箱的每层框架均由矩形铝合金框架和钢化玻璃9嵌合而成，且所述钢化玻璃9均位于所述模型外箱的长侧面，便于观察土体内部形变情况。所述模型外箱和所述模型内箱的高度相同。

其中，如图2所示，所述模型外箱的长度方向两侧分别设置有两个立柱3，所述模型外箱的上方设置有连接所述模型外箱两侧立柱3的两个横梁4，所述横梁4上设置有可作用于所述模型内箱试验土体8上部的竖向千斤顶12；所述竖向千斤顶12的顶杆末端连接有钢板，钢板的下端面与模型内箱中的试验土体8的上部接触。

具体的，如图2所示，所述模型外箱的最底层框架固定于所述振动试验台上端面，所述每层模型外箱框架1的内壁垂直设置有多个水平放置且可作用于所述模型内箱对应框架外侧壁的横向千斤顶5，所述每层模型内箱框架7的土体内埋设有安装位移传感器、应变片、加速度传感器以及标定散斑用于分析土体的应力场、位移场变化，观察土体破坏形态。进一步地，所述模型外箱框架1的长边内侧壁各设置四个水平放置的横向千斤顶5，短边的内侧壁设置两个水平放置的横向千斤顶5。

具体的，如图1所示，所述立柱3下部固定于所述振动试验台上端面，所述立柱3的高度方向上间隔设置有位于相邻两层模型外箱框架1之间的外箱轴承2，轴承2通过轴垂直固定在立柱的内侧壁上，用于实现所述每层模型外箱框架1沿其长度方向水平移动，确保所述相邻两层模型外箱框架1之间具有一定间距。

其中，如图2所示，所述模型内箱的最底层框架固定于所述振动试验台上端面，所述每层模型内箱框架7的长边内侧设置有滑轨6，每层模型内箱框架7的短边两端与滑轨6滑动配合，以实现每层模型内箱框架7的短边沿着长边移动。

如图3所示，所述相邻两层模型内箱框架7的长边之间各设置多个内箱轴承13，以保证模型内箱框架7长度方向的水平移动。所述相邻两层模型内箱框架7之间夹设有橡胶衬11，防止模型内箱试验土体8漏出。

依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的一种模拟软土地区隧道振动试验的结构模型观测装置，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。

如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。