一种穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法

技术特征：
1.一种穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法，所采用的非均匀土反力等效模拟装置，包括，由多个截面模块(1)组成的截面模块组(5)、试验件(2)、固定架和底座轨道(4)，其中：零刚度复合弹簧(6)包括金属螺旋弹簧(10)、橡胶(11)、弹簧顶端盖(12)、弹簧固定螺丝杆(13)、弹簧底端盖(14)、底部螺丝杆(15)、接触板(16)和位移-轴力传感器(18)；金属螺旋弹簧(10)嵌于橡胶(11)中；橡胶(11)顶部与弹簧顶端盖(12)连接，底部与弹簧底端盖(14)连接，沿零刚度复合弹簧(6)轴向设置有位移-轴力传感器(18)；零刚度复合弹簧(6)的弹簧顶端盖(12)通过弹簧固定螺丝杆(13)连接到截面框架(7)内侧；接触板(16)通过底部螺丝杆(15)连接到弹簧底端盖(14)；所述的截面模块(1)，包括零刚度复合弹簧(6)和截面框架(7)；截面框架(7)固定连接于底座轨道(4)上；零刚度复合弹簧(6)分布在截面框架(7)的内侧并与截面框架(7)固定连接；由多个截面模块(1)组成的截面模块组(5)，用来模拟土体性质相同的区域；当结构长度方向上分布非均匀的土体时，通过设置不同的截面模块组(5)模拟非均匀土反力；所述的试验件(2)包括至少一个结构模型(19)，各结构模型(19)轴向连接后形成试验件(2)，在试验件(2)通过固定架固定在底座轨道(4)上；所述的穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法，包括下列步骤：步骤一、设计资料整理：确定圆形隧道的几何参数、材料参数和土体参数，确定试验缩尺比和结构模型的几何尺寸和离散长度；步骤二、试验件加工：依据步骤一确定的几何参数加工结构模型；步骤三、应变片定位安装：依据步骤一确定的离散长度，在结构模型上标记结构离散的边界线，两条边界线之间的中间截面为零刚度复合弹簧的接触位置；为获取圆形隧道的前6阶弯曲模态，在长度方向上安装至少6个应变片，并注意避开零刚度复合弹簧与结构模型的接触位置；步骤四、土弹簧参数计算：选用地基模型，考虑隧道与土体间的相互作用，得到结构几何参数和土体参数对应的土弹簧参数，包括单位长度的最大土反力和相对位移屈服值；根据试验缩尺比和离散长度计算零刚度复合弹簧的最大线弹性压力载荷为p0及此时对应的最大线弹性压缩变形为δ0；步骤五、零刚度复合弹簧调试：依据步骤四的计算结果调试各个方向的零刚度复合弹簧；步骤六、截面模块组装：零刚度复合弹簧通过弹簧固定螺纹杆安装于截面框架的弹簧固定螺纹孔上；接触板通过接触板连接螺丝杆安装于底部螺丝杆上；步骤七、截面模块组安装：根据圆形隧道长度方向上土体分布的情况，确定结构模型和截面模块组的个数，依据模型单位长度逐个将截面模块固定在底座轨道上；步骤八、试验件安装；步骤九、传感器调试：将位移-轴力传感器和应变片连接到数据采集仪，进行通信调试，并完成调零和校准；步骤十、加载与测试：采用激振器对结构模型进行激励，变换激励位置和激励频率，对结构模型进行重复激励；
步骤十一、数据采集分析：记录零刚度复合弹簧的位移-轴力数据、应变数据和激振器中激振力数据；对记录的试验数据进行分析，结构模型的频率和模态。2.根据权利要求1所述的穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法，其特征在于，根据试验件的尺寸，通过调节弹簧固定螺丝杆(13)和底部螺丝杆(15)的进给量，改变截面模块1零刚度复合弹簧(6)围成的区域大小。3.根据权利要求1所述的穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法，其特征在于，截面框架(7)为圆角正方形截面，在一个截面框架(7)内侧均匀分布四个零刚度复合弹簧(6)。4.根据权利要求1所述的穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法，其特征在于，所述的底座轨道(4)包括回字形底座(23)和底座固定槽(24)；底座固定槽(24)位于回字形底座(23)的两侧，能够穿过双头螺丝杆，用于连接固定架和截面模块(1)。

技术总结
本发明涉及一种穿越非均匀土体圆形隧道模态试验方法，所采用的非均匀土反力等效模拟装置包括，由多个截面模块组成的截面模块组、试验件和固定架和底座轨道。零刚度复合弹簧包括金属螺旋弹簧、橡胶、弹簧顶端盖、弹簧固定螺丝杆、弹簧底端盖、底部螺丝杆、接触板和位移-轴力传感器，步骤如下：设计资料整理：确定圆形隧道的几何参数、材料参数和土体参数，确定试验缩尺比和结构模型的几何尺寸和离散长度；试验件加工；应变片定位安装；土弹簧参数计算；零刚度复合弹簧调试；截面模块组装；截面模块组安装；试验件安装；传感器调试；加载与测试：数据采集分析。据采集分析。据采集分析。


技术研发人员：李振眠 余杨 余建星 赵明仁 刘晓伟 孙若飞
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.09.30
技术公布日：2023/1/31