(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210568725.5 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 中铁隧道勘测设计院有限公司 地址 300000 天津市红桥区桥 南东路 申请人 中铁第六勘察设计院集团有限公司 (72)发明人 李清菲　贺维国　袁勇　姚旭鹏　 范国刚　李若舟　高鑫　王文娟　 冯世杰　吴琦　 (74)专利代理 机构 天津睿勤专利代理事务所 (普通合伙) 12225 专利代理师 孟福成 (51)Int.Cl. G01M 7/02(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种交叠式群洞地铁车站振动台试验模型 制作方法 (57)摘要 本发明提供了一种交叠式群洞地铁车站振 动台试验模型制作方法， 包括相似比确定、 模型 围岩材料确定、 模型材料确定及模 型接缝形式和 材料确定： 相似比确定， 根据振动台的性能和参 数， 包括台面尺寸、 承载能力、 振动自由度、 台面 输入最大加速度和工作频率， 确定模 型与原型的 相似程度； 模型围岩材料确定， 主要根据模型围 岩材料与实际工程围岩材料的物理指标相似性； 模型材料确定， 主要根据模型材料与实际工程结 构材料的主要物理指标相似性； 模 型接缝形式和 材料确定， 主要根据实际工程接缝的构造形式和 功能， 以及连接部位在地震动作用下的能量衰变 程度。 本发 明能够让试验模型与实际工程最大限 度一致性， 确保试验效果真实性。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114993593 A 2022.09.02 CN 114993593 A 1.一种交叠 式群洞地铁车站振动台试验模型制作 方法， 其特征在于， 包括相似比确定、 模型围岩材 料确定、 模型 材料确定及模型接缝 形式和材 料确定： 所述相似比确定， 根据振动台的性能和参数， 包括台面尺寸、 承载 能力、 振动自由度、 台 面输入最大加速度和工作频率， 确定模型与原型的相似程度； 所述模型围岩材料确定， 主要根据模型围岩材料与实际工程围岩材料的物理指标相似 性， 包括弹性模量、 密度、 抗压强度和泊松比； 所述模型材料确定， 主要根据模型材料与实 际工程结构材料的主要物理指标相似性， 包括材料密度、 抗压强度和弹性模量； 所述模型接缝形式和材料确定， 主要根据实 际工程接缝的构造形式和功能， 以及连接 部位在地震动作用下的能量衰变程度； 在地震效应表述中， 用加速度时程曲线表征； 所述加 速度时程曲线通过计算分析获取。 2.根据权利要求1所述的交叠式群洞地铁车站振动台试验模型制作 方法， 其特征在于， 所述相似比确定， 根据Buckingham ‑π定理， 以模型的几何尺寸、 密度、 弹性模量及惯性加速 度相似比作为基本参数， 相似关系基本方程 为： SG/(Sl·Sρ)＝Sa                                                     (1) 其中SG、 Sl和Sρ分别为模型的剪切模量、 几何尺寸和密度相似比， Sa为惯性加速度相似 比； 几何尺寸和密度相似比根据振动台的性能和参数， 包括台面尺寸、 承载能力、 振动自由 度、 台面输入最大加速度和工作频率； 弹性模量及惯性加速度相似比通过几何尺寸和密度 相似比通过公式(1)换算获取。 3.根据权利要求2所述的交叠式群洞地铁车站振动台试验模型制作 方法， 其特征在于， 所述模型围岩材料确定， 选取发泡混凝土作为围岩模型材料， 类比实际工程隧道周边围岩； 发泡混凝土配比方案采用水泥： 水： 泡沫＝9kg:4.6kg:16L； 发泡混凝土的物理力学性质通 过室内试验确定， 其中弹性模量通过制作150mm ×150mm×300mm边长的棱柱体试块， 抗压强 度通过制作15 0mm边长的立方体试块， 采用压力试验机器测试。 4.根据权利要求3所述的交叠式群洞地铁车站振动台试验模型制作 方法， 其特征在于， 所述模型材料确定， 选取石膏和硅藻土拌合物作为模型材料， 类比实际工程结构 中的混凝 土； 石膏和硅藻土拌合物配比方案采用水： 石膏： 硅藻土＝1.6kg： 1kg： 0.1kg； 通过浇筑Φ50 ×100mm的标准试件， 使用压力试验机进行测试弹性模量； 选取镀锌钢丝作为模型骨架材料， 类比实 际工程结构中的钢筋； 试验模型隧道结构的 截面配筋率按照等强度原则进 行确定， 将实际工程隧道结构内部的钢筋换算为相应的钢丝 网， 公式如下： 其中， Aps， fpy分别为原型结构的截面钢筋面积和强度； Apc， fpc分别为原型结构的截面混 凝土面积和强度； Ams， fmy分别为模型结构的截面钢筋面积和强度； Amc， fmc分别为模型结构的 截面混凝 土面积和强度。 5.根据权利要求4所述的交叠式群洞地铁车站振动台试验模型制作 方法， 其特征在于， 所述模型接缝 形式和材 料确定， 通过建立 不同的围岩、 隧道结构及接缝 数值仿真 分析模型：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993593 A 2(1)实际隧道工程的数值仿真模型， 采用实际工程中的围岩、 隧道结构和接缝所用材料 属性； (2)物理试验模型的数值仿真模型， 采前述确定的物 理试验模型模拟材料发泡混凝土、 石膏和硅藻土拌合物， 以及待定 接缝填充材 料； 在数值仿真分析过程中， 调整接缝填充材料属性， 对比两种不同数值仿真模型的连接 部位在地震动作用下的能量衰变规律和程度， 直到两种不同数值仿 真模型中接缝的地震作 用效应一 致， 即可确定 接缝填充材 料属性。 6.根据权利要求5所述的交叠式群洞地铁车站振动台试验模型制作 方法， 其特征在于， 所述模型制作步骤如下： (1)根据振动台性能和试验 模拟范围， 确定相似比； (2)比选模型 材料， 确定材 料配比； (3)根据图纸切割泡沫， 制作试验 模型隧道结构内模 模板； (4)根据图纸切割木 板， 制作试验 模型隧道结构外模 模板； (5)试验模型隧道结构骨架 绑扎铁丝网； (6)组装试验 模型隧道结构模板； (7)根据试验 模型材料选择确定的配比， 制作石 膏、 硅藻土拌合物； (8)整体浇筑试验 模型隧道衬砌； (9)拆除试验 模型隧道衬砌内外模板； (10)室内抽湿养护试验 模型隧道衬砌15天； (11)组装试验 模型隧道衬砌各组成部分， 形成整体模型隧道； (12)制作试验 模型隧道外 部模拟围岩模板； (13)浇筑试验 模型隧道外 部发泡混凝 土， 形成试验 模型隧道的模拟围岩； (14)整体养护28天； (15)拆除试验 模型隧道模拟围岩外模板， 完成试验 模型制作。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993593 A 3