一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置及方法

摘要

本发明涉及一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置及方法，试验装置包括模型箱系统、与模型箱系统相连通的补水系统及温控系统、设于模型箱系统内的路基模拟系统及地铁隧道模型，以及设于模型箱系统外的CT测量系统；试验方法包括：1)制备透明土；2)在透明模型箱底部及侧壁铺设透水石，分层布设透明土，并设置地铁隧道模型；3)固定并密闭透明模型箱；4)分别连通透明模型箱与低温恒温槽以及透水石与供水机构；5)设定试验条件；6)开始试验，收集数据并整理。与现有技术相比，本发明采用透明土模拟天然土体并结合CT技术进行检测，实现对试验结果的定性分析与定量分析，并获得不同温度变化下地铁隧道沉降规律。

权利要求

1.一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，其特征在于，该装置包括模型箱系统、与模型箱系统内部相连通的补水系统及温控系统、设于模型箱系统内的路基模拟系统及地铁隧道模型(20)，以及设于模型箱系统外部的CT测量系统；

所述的模型箱系统包括透明模型箱(1)；

所述的补水系统包括分别设于透明模型箱(1)内部底面及内侧壁上的底端透水石(17)及侧面透水石(25)，以及设于透明模型箱(1)外部并分别与底端透水石(17)及侧面透水石(25)相连通的供水机构；

所述的温控系统包括与透明模型箱(1)内部相连通的低温恒温槽(6)、分别设于透明模型箱(1)内并与低温恒温槽(6)电连接的温度传感器(7)及气压传感器(8)，以及套设于透明模型箱(1)外的隔热层(13)；

所述的路基模拟系统为设于透明模型箱(1)内的透明土体(18)，并且所述的地铁隧道模型(20)位于透明土体(18)上或透明土体(18)内；

所述的CT测量系统包括相对设置在模型箱系统外部的X射线发射器(21)及X射线接收器(22)，以及分别与X射线发射器(21)及X射线接收器(22)电连接的计算机(23)。

2.根据权利要求1所述的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，其特征在于，所述的模型箱系统还包括开设于透明模型箱(1)顶部并分别与温控系统相连通的进气孔(2)与出气孔(3)、开设于透明模型箱(1)侧壁并分别与侧面透水石(25)及供水机构相连通的侧面补水口(4)，以及开设于透明模型箱(1)侧壁并分别与底端透水石(17)及供水机构相连通的底端补水口(5)。

3.根据权利要求2所述的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，其特征在于，所述的透明模型箱(1)为多块透明有机玻璃板围成的密闭矩形箱，该密闭矩形箱的侧壁之间，以及侧壁与底部之间均通过强力胶固定连接，顶面与侧壁之间通过螺栓(19)固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，其特征在于，所述的供水机构包括分别设于模型箱系统外部的侧面补水箱(14)与底端补水箱(24)、分别设于侧面补水箱(14)与侧面补水口(4)之间以及底端补水箱(24)与底端补水口(5)之间的导水管(15)，以及设于导水管(15)上的止水夹(16)。

5.根据权利要求2所述的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，其特征在于，所述的温控系统还包括设于低温恒温槽(6)上的循环出口(10)及循环入口(11)、分别设于循环出口(10)与进气孔(2)之间以及循环入口(11)与出气孔(3)之间的硅橡胶管(9)，以及设于硅橡胶管(9)上的开关(12)。

6.根据权利要求1所述的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，其特征在于，所述的透明模型箱(1)内部设有多个温度传感器(7)，所述的多个温度传感器(7)分别设于透明土体(18)上方以及透明土体(18)内。

7.一种基于如权利要求1至6任一项所述的温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)制备透明土；

2)试样填入：在透明模型箱(1)内部底面及侧面涂抹凡士林，并在底部放置底端透水石(17)，在侧壁放置侧面透水石(25)，分层布设透明土，得到透明土体(18)，并在设计位置放置地铁隧道模型(20)、温度传感器(7)及气压传感器(8)；

3)试样填筑完毕后，固定并密闭透明模型箱(1)，并将隔热层(13)包裹于透明模型箱(1)外；

4)仪器连接：将透明模型箱(1)的顶部与低温恒温槽(6)相连通，再将底端透水石(17)及侧面透水石(25)分别与供水机构相连通，之后将温度传感器(7)及气压传感器(8)分别与低温恒温槽(6)电连接；

5)试验条件设定：设置低温恒温槽(6)内的试验温度范围、温度变化速率、温度气压数据采集频率，以及CT扫描频率；

6)启动低温恒温槽(6)、CT测量系统并开启供水机构，开始试验，收集数据并整理。

8.根据权利要求7所述的一种基于温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的试验方法，其特征在于，步骤1)中，透明土的制备方法包括以下步骤：

1-1)材料混合：将15#白矿油与正十二烷以体积比(2-3):1混合均匀，得到混合液，再将混合液与无定形硅石粉以质量比(4-6):1混合均匀，得到混合料；

1-2)真空除气：将混合料在真空度为-0.09MPa以上的真空环境中除气3-4h，得到真空除气后的混合料；

1-3)加压固结：将真空除气后的混合料在常压下静置，当土样透明无气泡且竖直方向应变≤0.00025mm时，即得到透明土。

9.根据权利要求7所述的一种基于温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的试验方法，其特征在于，步骤5)中，低温恒温槽(6)内的温度变化速率为-1.5℃/h至-0.5℃/h，数据采集频率为0.5-1.5次/s，CT扫描频率为2-4次/h。

说明书

一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于可视化模型试验技术领域，涉及一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置及方法。

背景技术

[0002] 随着社会经济的迅速发展，我国的城市化进程不断推进，城市内人口数量剧增，给交通带来了巨大压力。城市地下空间地铁建设成为了解决交通拥堵的重要途径，经过国内外众多学者的研究，地下空间开发技术不断完善，地铁建设技术日渐成熟。然而现今的研究中，多采用有限元软件进行数值模拟和实际工程监测，由于土体内部的复杂性，有限元软件很难进行准确的模拟，实际工程监测多用于地铁建设后的数据监测，施工前无法对地铁安全建设、运营情况进行准确评估，且实际工程监测耗费高、时间长。因此，提出一种既经济又能较准确评估地铁安全建设和运营的技术方案是十分必要的。

[0003] 室内模型试验因费用低、周期短和试验数据较准确等优点，被大量研究工作者广泛使用。透明土的基本原理是利用透明颗粒材料和具有相同折射率的孔隙液体混合，通过某种方法排除空气得到透明的饱和土，该土体与天然土体具有相似的岩土工程性质。利用激光器可以在透明土中形成散斑场，可以用工业相机拍出高精度的图片。现今透明土技术多用于模拟边坡滑动、打桩施工过程和岩土性质试验，还未发现其运用于温度变化影响地铁安全运营的相关研究。透明土技术所拍摄的照片可以较准确的定性分析实验结果，但因数据提取误差及其他原因很难对实验结果进行定量分析，使用CT(电子计算机断层扫描)机扫描则可很好地弥补此类缺陷，实现对试验结果的定性分析与定量分析。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置及方法，通过本发明可以较准确模拟实际工程工况，并得到温度变化下地铁隧道的沉降规律。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0006] 一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，包括模型箱系统、与模型箱系统内部相连通的补水系统及温控系统、设于模型箱系统内的路基模拟系统及地铁隧道模型，以及设于模型箱系统外部的CT测量系统。

[0007] 进一步地，所述的模型箱系统包括透明模型箱；

[0008] 所述的补水系统包括分别设于透明模型箱内部底面及内侧壁上的底端透水石及侧面透水石，以及设于透明模型箱外部并分别与底端透水石及侧面透水石相连通的供水机构；

[0009] 补水系统是为了补充水分，在现实中天然土体是具有一定含水率的土体，温度变化对土体中水的膨胀收缩影响很大，为减小试验误差添加补水系统。

[0010] 所述的温控系统包括与透明模型箱内部相连通的低温恒温槽、分别设于透明模型箱内并与低温恒温槽电连接的温度传感器及气压传感器，以及套设于透明模型箱外的隔热层；

[0011] 所述的路基模拟系统为设于透明模型箱内的透明土体，并且所述的地铁隧道模型位于透明土体上或透明土体内；

[0012] 所述的CT测量系统包括相对设置在模型箱系统外部的X射线发射器及X射线接收器，以及分别与X射线发射器及X射线接收器电连接的计算机。

[0013] 本发明装置为用于模拟获得设定温度变化下地铁隧道沉降规律的可视化试验装置，其中，透明模型箱与透明土体为模型的可视化检测提供可能，低温恒温槽内部设有制冷装置、循环泵以及数据采集仪与控制器，通过制冷装置与循环泵将低温恒温槽内的空气与透明模型箱内空气进行制冷循环，并通过温度传感器进行检测并反馈至数据采集仪与控制器，使透明模型箱内温度及温度变化达到相应设定值，同时，通过CT测量系统对模型的沉降情况进行检测，之后，通过计算机对X射线接收器采集到的图像进行定量化重建分析，以获得温度变化下地铁隧道沉降规律。

[0014] 所述的气压传感器用于监测透明模型箱内的气压，以便平衡箱体内外气压。

[0015] 所述的隔热层主要由隔热棉制成，用于隔绝保持透明模型箱的低温状态。

[0016] 所述的底端透水石及侧面透水石均由透水石制成，透水石内部设有孔隙，形成供水流通过的通道，使得水流均匀分散于透明土体内。

[0017] 所述的透明土体由透明土制成，透明土作为一种人工合成的透明土体，与天然土体具有相似的岩土工程性质，常用于研究土体内部位移场和渗透场等问题的可视化模型试验。

[0018] 进一步地，所述的模型箱系统还包括开设于透明模型箱顶部并分别与温控系统相连通的进气孔与出气孔、开设于透明模型箱侧壁并分别与侧面透水石及供水机构相连通的侧面补水口，以及开设于透明模型箱侧壁并分别与底端透水石及供水机构相连通的底端补水口。

[0019] 所述的透明模型箱内部通过进气孔及出气孔与低温恒温槽循环连通，所述的侧面透水石及底端透水石分别通过侧面补水口及底端补水口与供水机构相连通。

[0020] 进一步地，所述的透明模型箱为多块透明有机玻璃板围成的密闭矩形箱，该密闭矩形箱的侧壁之间，以及侧壁与底部之间均通过强力胶固定连接，顶面与侧壁之间通过螺栓固定连接。

[0021] 通过螺栓连接顶面有机玻璃板与侧壁有机玻璃板，便于透明模型箱内各个部件的布置与更换。

[0022] 进一步地，所述的供水机构包括分别设于模型箱系统外部的侧面补水箱与底端补水箱、分别设于侧面补水箱与侧面补水口之间以及底端补水箱与底端补水口之间的导水管，以及设于导水管上的止水夹。

[0023] 所述的底端补水箱依次通过导水管、底端补水口与底端透水石相连通，所述的侧面补水箱依次通过导水管、侧面补水口与侧面透水石相连通。

[0024] 进一步地，所述的温控系统还包括设于低温恒温槽上的循环出口及循环入口、分别设于循环出口与进气孔之间以及循环入口与出气孔之间的硅橡胶管，以及设于硅橡胶管上的开关。

[0025] 所述的低温恒温槽依次通过循环出口、硅橡胶管、进气孔以及出气孔、硅橡胶管、循环入口与透明模型箱循环连通。

[0026] 所述的低温恒温槽内的制冷介质为乙醇或水中的一种。

[0027] 所述的制冷介质优选乙醇，具体为工业酒精，若透明模型箱内的温度变化范围为5-40℃，则可用蒸馏水替代工业酒精。

[0028] 进一步地，所述的透明模型箱内部设有多个温度传感器，所述的多个温度传感器分别设于透明土体上方以及透明土体内，分别用于检测透明模型箱内空气及透明土体的温度。

[0029] 一种如上所述的温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的试验方法，包括以下步骤：

[0030] 1)制备透明土；

[0031] 2)试样填入：打开透明模型箱的顶面有机玻璃板，并在透明模型箱内部底面及侧面涂抹凡士林，在底部放置底端透水石，在侧壁放置侧面透水石，分层布设透明土，得到透明土体，并在设计位置放置地铁隧道模型、温度传感器及气压传感器；

[0032] 3)试样填筑完毕后，闭合顶面有机玻璃板并通过螺栓固定，使透明模型箱固定并密闭，再将隔热层包裹于透明模型箱外，保留进气孔、出气孔、侧面补水口及底端补水口，之后将侧面补水箱与底端补水箱置于设定高度处；

[0033] 4)仪器连接：将循环出口与进气孔以及循环入口与出气孔分别通过相应的硅橡胶管相连通，使透明模型箱的顶部与低温恒温槽循环连通，再将底端补水箱与底端补水口以及侧面补水箱与侧面补水口分别通过相应的导水管相连通，使底端透水石及侧面透水石分别与供水机构相连通，之后将温度传感器及气压传感器分别与低温恒温槽电连接；

[0034] 5)试验条件设定：设置低温恒温槽内的试验温度范围、温度变化速率、温度气压数据采集频率，以及CT扫描频率；

[0035] 6)启动低温恒温槽、开启开关、启动CT测量系统并松开止水夹使供水机构开始工作，开始试验，收集数据并整理。

[0036] 进一步地，步骤1)中，透明土的制备方法包括以下步骤：

[0037] 1-1)材料混合：将15#白矿油与正十二烷以体积比(2-3):1混合均匀，得到混合液，再将混合液与无定形硅石粉以质量比(4-6):1混合均匀，得到混合料；

[0038] 1-2)真空除气：将混合料在真空度为-0.09MPa以上的真空环境中除气3-4h，得到真空除气后的混合料；

[0039] 1-3)加压固结：将真空除气后的混合料在常压下静置，当土样透明无气泡且竖直方向应变≤0.00025mm时，即得到透明土。

[0040] 若透明土中各组分配比过大或过小，会影响透明土的物理力学性能和折射率，无法满足试验要求。

[0041] 进一步地，步骤5)中，低温恒温槽内的温度变化速率为-1.5℃/h至-0.5℃/h，数据采集频率为0.5-1.5次/s，CT扫描频率为2-4次/h；

[0042] 温度变化是一个过程，不是一蹴而就的，需要一个时间段使试验体系达到设定温度。若时间过短，部分透明土以及其他部位未能达到设计温度；时间过长，会增加试验成本费用和影响工作效率。数据采集频率高是为了研究不同温度梯度的影响，试验数据采集多能较容易发现变化规律。针对CT扫描后进行图像处理需一段时间，故对温度变化前、温度变化中(形成温度梯度)和温度变化后(整个体系达到设定温度)进行CT扫描即可。

[0043] 工作原理：本装置采用透明土体模拟天然土体，通过地铁隧道模型模拟实际地铁隧道，通过与透明模型箱循环连通的低温恒温槽调节透明模型箱内的温度及温度变化，同时，通过透明模型箱相对设置X射线发射器及X射线接收器检测地铁隧道模型与透明土体变化，计算机结合温度变化对透明土体变化进行定量分析，以获得温度变化下地铁隧道的沉降规律。

[0044] 与现有技术相比，本发明具有以下特点：

[0045] 1)本发明通过具有相近岩土性质的透明土模拟天然土体，能够较准确模拟实际工程情况，并结合CT技术进行检测，实现对试验结果进行定性分析与定量分析；

[0046] 2)本发明具有装置结构简单、操作方便、成本较低、易于实现、可重复性强等优点，并可以对比分析获得不同温度变化范围内、不同温度梯度下、不同深度的地铁隧道沉降规律，试验结果可信度高，具有较好的应用前景。

附图说明

[0047] 图1为本发明中一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的主视剖视结构示意图；

[0048] 图2为本发明中一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的右视剖视结构示意图；

[0049] 图3为本发明中一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的俯视结构示意图；

[0050] 图4为CT测量系统安装柜的结构示意图；

[0051] 图中标记说明：

[0052] 1-透明模型箱、2-进气孔、3-出气孔、4-侧面补水口、5-底端补水口、6-低温恒温槽、7-温度传感器、8-气压传感器、9-硅橡胶管、10-循环出口、11-循环入口、12-开关、13-隔热层、14-侧面补水箱、15-导水管、16-止水夹、17-底端透水石、18-透明土体、19-螺栓、20-地铁隧道模型、21-X射线发射器、22-X射线接收器、23-计算机、24-底端补水箱、25-侧面透水石、26-密闭外壳、27-报警器、28-平开门、29-紧急开关、30-推拉门、31-控制面板。

具体实施方式

[0053] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0054] 实施例1：

[0055] 如图1、图2、图3及图4所示的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，包括模型箱系统、路基模拟系统、温控系统、补水系统、地铁隧道模型系统和CT测量系统。

[0056] 其中，透明模型箱1为长60-80cm、宽40-60cm、高50-70cm的密闭矩形箱体，由3-5cm厚的透明有机玻璃板构成，顶面有机玻璃板斜对角处分别开设有进气孔2与出气孔3，侧壁有机玻璃板上开设有侧面补水口4和底端补水口5，侧壁有机玻璃板之间以及侧壁有机玻璃板与底面有机玻璃板之间均通过强力胶固定连接，顶面有机玻璃板与侧壁有机玻璃板之间通过螺栓19连接；

[0057] 温控系统由低温恒温槽6、温度传感器7、气压传感器8、硅橡胶管9、循环出口10、循环入口11、开关12和隔热棉13组成，低温恒温槽6采用酒精进行制冷，低温恒温槽6内设有数据采集仪与控制器，温度传感器7与数据采集仪电连接，可获取所需位置的温度变化，温控系统中的隔热层13包裹透明模型箱1，隔绝保持透明模型箱1的低温，循环出口10通过硅橡胶管9与进气孔2相连通，循环入口11通过硅橡胶管9与出气孔3相连通。

[0058] 其中，温度传感器7在透明模型箱1内沿竖直方向间隔5cm均匀布设，共设置5个，并在透明土体18上方设置1个，气压传感器8设于距顶面有机玻璃板10-15cm处，用于监测模型箱内的气压，以便平衡箱内外气压，低温恒温槽6制冷液通常为工业酒精，若所设计的温度变化仅为5-40℃，可用蒸馏水替代工业酒精；

[0059] 补水系统包括侧面补水箱14、底端补水箱24、导水管15、止水夹16，以及铺设厚度为2-4cm的底端透水石17与侧面透水石25，侧面补水箱14与底端补水箱24的安装高度分别根据地铁隧道处的水压力得出水头，从而确定其高度。

[0060] CT测量系统主要由X射线发射器21、X射线接收器22和计算机23组成，其中，X射线发射器21及X射线接收器22均设于相应的如图4所示的CT测量系统安装柜内，该安装柜包括密闭外壳体26、警报器27、控制面板31、紧急开关29、平开门28及推拉门30。

[0061] 路基模拟系统为采用透明土制成的透明土体18，用于进行土质模拟。

[0062] 一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验方法，包括以下步骤：

[0063] 1)试样制备：将15#白矿油和正十二烷按体积比2.5:1混合，将混合液与粒径2000目(6.5μm)的无定形硅石粉末按质量比5:1混合制备透明土，接着将混合料在真空度为-0.1MPa的真空环境中除气3-4h后置于正常气压环境下直至土样透明无气泡，当每小时竖向应变≤0.00025mm时土样固结完成，即得到透明土

[0064] 2)试样填入：往透明模型箱1内侧壁和底面涂抹凡士林，在底部放入底端透水石17，分层布设透明土，并在设计位置放入侧面透水石25、地铁隧道模型20及温度传感器7；

[0065] 3)试样填筑完毕后，将透明模型箱1顶面有机玻璃板放在透明模型箱1上，并使用螺栓19固定，采用隔热棉包裹透明模型箱1形成隔热层13，除进气孔2、出气孔3、侧面补水口4、底端补水口5，完全密闭，将侧面补水箱14及底端补水箱24置于设计高度处；

[0066] 4)仪器连接：将透明模型箱1上的进气孔2、出气孔3分别与低温恒温槽6的循环出口10、循环入口11通过硅橡胶管9连通，将侧面补水口4和底端补水口5分别与侧面补水箱14及底端补水箱24通过相应导水管15连通，温度传感器7和气压传感器8电连接于数据采集仪；

[0067] 5)试验条件设定：将低温恒温槽6内温度变化设为-1℃/h，数据采集仪采集数据频率为1次/s，CT扫描频率为3次/h；

[0068] 6)开始试验，数据收集与整理。

[0069] 实施例2：

[0070] 如图1、图2、图3及图4所示的一种温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置，包括模型箱系统、与模型箱系统内部相连通的补水系统及温控系统、设于模型箱系统内的路基模拟系统及地铁隧道模型20，以及设于模型箱系统外部的CT测量系统。

[0071] 其中，模型箱系统包括透明模型箱1、开设于透明模型箱1顶部并分别与温控系统相连通的进气孔2与出气孔3、开设于透明模型箱1侧壁并分别与侧面透水石25及供水机构相连通的侧面补水口4，以及开设于透明模型箱1侧壁并分别与底端透水石17及供水机构相连通的底端补水口5，此外，透明模型箱1为多块透明有机玻璃板围成的密闭矩形箱，该密闭矩形箱的侧壁之间，以及侧壁与底部之间均通过强力胶固定连接，顶面与侧壁之间则通过螺栓19固定连接。

[0072] 补水系统包括分别设于透明模型箱1内部底面及内侧壁上的底端透水石17及侧面透水石25，以及设于透明模型箱1外部并分别与底端透水石17及侧面透水石25相连通的供水机构，其中，供水机构包括分别设于模型箱系统外部的侧面补水箱14与底端补水箱24、分别设于侧面补水箱14与侧面补水口4之间以及底端补水箱24与底端补水口5之间的导水管15，以及设于导水管15上的止水夹16，底端补水箱24依次通过导水管15、底端补水口5与底端透水石17相连通，侧面补水箱14依次通过导水管15、侧面补水口4与侧面透水石25相连通。

[0073] 温控系统包括与透明模型箱1内部相连通的低温恒温槽6、分别设于透明模型箱1内并与低温恒温槽6电连接的温度传感器7及气压传感器8、套设于透明模型箱1外的隔热层13、设于低温恒温槽6上的循环出口10及循环入口11、分别设于循环出口10与进气孔2之间以及循环入口11与出气孔3之间的硅橡胶管9，以及设于硅橡胶管9上的开关12，低温恒温槽
6依次通过循环出口10、硅橡胶管9、进气孔2以及出气孔3、硅橡胶管9、循环入口11与透明模型箱1循环连通，多个温度传感器7分别设于透明土体18上方以及透明土体18内。低温恒温槽6内设有制冷装置、循环泵以及数据采集仪与控制器，制冷装置内的制冷剂为乙醇，通过制冷装置与循环泵将低温恒温槽6内的空气与透明模型箱1内空气进行制冷循环，并通过温度传感器7进行检测并反馈至数据采集仪与控制器，使透明模型箱1内温度及温度变化达到相应设定值。

[0074] 路基模拟系统为设于透明模型箱1内的透明土体18，并且地铁隧道模型20位于透明土体18上或透明土体18内。

[0075] CT测量系统包括相对设置在模型箱系统外部的X射线发射器21及X射线接收器22，以及分别与X射线发射器21及X射线接收器22电连接的计算机23，通过CT测量系统对模型的沉降进行检测，计算机23对X射线接收器22采集到的图像进行定量化重建分析，以获得温度变化下地铁隧道沉降规律。

[0076] 基于上述温度变化对地铁隧道影响的可视化试验装置的试验方法，包括以下步骤：

[0077] 1)制备透明土：将15#白矿油与正十二烷以体积比2:1混合均匀，得到混合液，再将混合液与无定形硅石粉以质量比6:1混合均匀，之后在真空度为-0.09MPa以上的真空环境中除气3h，然后在常压下静置，当土样透明无气泡且竖直方向应变≤0.00025mm时，即得到透明土；

[0078] 2)试样填入：打开透明模型箱1的顶面有机玻璃板，并在透明模型箱1内部底面及侧面涂抹凡士林，在底部放置底端透水石17，在侧壁放置侧面透水石25，分层布设透明土，得到透明土体18，并在设计位置放置地铁隧道模型20、温度传感器7及气压传感器8；

[0079] 3)试样填筑完毕后，闭合顶面有机玻璃板并通过螺栓19固定，使透明模型箱1固定并密闭，再将隔热层13包裹于透明模型箱1外，保留进气孔2、出气孔3、侧面补水口4及底端补水口5，之后将侧面补水箱14与底端补水箱24置于设定高度处；

[0080] 4)仪器连接：将循环出口10与进气孔2以及循环入口11与出气孔3分别通过相应的硅橡胶管9相连通，使透明模型箱1的顶部与低温恒温槽6循环连通，再将底端补水箱24与底端补水口5以及侧面补水箱14与侧面补水口4分别通过相应的导水管15相连通，使底端透水石17及侧面透水石25分别与供水机构相连通，之后将温度传感器7及气压传感器8分别与低温恒温槽6电连接；

[0081] 5)试验条件设定：设置低温恒温槽6内的试验温度范围、温度变化速率为-1.5℃/h、温度气压数据采集频率为1.5次/s，以及CT扫描频率为4次/h；

[0082] 6)启动低温恒温槽6、开启开关12、启动CT测量系统并松开止水夹16使供水机构开始工作，开始试验，收集数据并整理。

[0083] 工作原理：本实施例中的装置采用透明土体18模拟天然土体，通过地铁隧道模型20模拟实际地铁隧道，通过与透明模型箱1循环连通的低温恒温槽6调节透明模型箱1内的温度及温度变化，同时，通过透明模型箱1相对设置X射线发射器21及X射线接收器22检测地铁隧道模型20与透明土体18变化，计算机23结合温度变化对透明土体18变化进行定量分析，以获得温度变化下地铁隧道的沉降规律。

[0084] 实施例3：

[0085] 本实施例中的制冷剂为工业酒精；

[0086] 本实施例中的温度变化对地铁隧道影响的可视化试验方法，包括以下步骤：

[0087] 1)制备透明土：将15#白矿油与正十二烷以体积比3:1混合均匀，得到混合液，再将混合液与无定形硅石粉以质量比4:1混合均匀，之后在真空度为-0.09MPa以上的真空环境中除气4h，然后在常压下静置，当土样透明无气泡且竖直方向应变≤0.00025mm时，即得到透明土；

[0088] 2)试样填入：打开透明模型箱1的顶面有机玻璃板，并在透明模型箱1内部底面及侧面涂抹凡士林，在底部放置底端透水石17，在侧壁放置侧面透水石25，分层布设透明土，得到透明土体18，并在设计位置放置地铁隧道模型20、温度传感器7及气压传感器8；

[0089] 3)试样填筑完毕后，闭合顶面有机玻璃板并通过螺栓19固定，使透明模型箱1固定并密闭，再将隔热层13包裹于透明模型箱1外，保留进气孔2、出气孔3、侧面补水口4及底端补水口5，之后将侧面补水箱14与底端补水箱24置于设定高度处；

[0090] 4)仪器连接：将循环出口10与进气孔2以及循环入口11与出气孔3分别通过相应的硅橡胶管9相连通，使透明模型箱1的顶部与低温恒温槽6循环连通，再将底端补水箱24与底端补水口5以及侧面补水箱14与侧面补水口4分别通过相应的导水管15相连通，使底端透水石17及侧面透水石25分别与供水机构相连通，之后将温度传感器7及气压传感器8分别与低温恒温槽6电连接；

[0091] 5)试验条件设定：设置低温恒温槽6内的试验温度范围、温度变化速率为-0.5℃/h、温度气压数据采集频率为0.5次/s，以及CT扫描频率为2次/h；

[0092] 6)启动低温恒温槽6、开启开关12、启动CT测量系统并松开止水夹16使供水机构开始工作，开始试验，收集数据并整理。

[0093] 其余同实施例2。

[0094] 实施例4：

[0095] 本实施例中的制冷剂为蒸馏水；

[0096] 本实施例中的温度变化对地铁隧道影响的可视化试验方法，包括以下步骤：

[0097] 1)制备透明土：将15#白矿油与正十二烷以体积比2.5:1混合均匀，得到混合液，再将混合液与无定形硅石粉以质量比5:1混合均匀，之后在真空度为-0.09MPa以上的真空环境中除气3.5h，然后在常压下静置，当土样透明无气泡且竖直方向应变≤0.00025mm时，即得到透明土；

[0098] 2)试样填入：打开透明模型箱1的顶面有机玻璃板，并在透明模型箱1内部底面及侧面涂抹凡士林，在底部放置底端透水石17，在侧壁放置侧面透水石25，分层布设透明土，得到透明土体18，并在设计位置放置地铁隧道模型20、温度传感器7及气压传感器8；

[0099] 3)试样填筑完毕后，闭合顶面有机玻璃板并通过螺栓19固定，使透明模型箱1固定并密闭，再将隔热层13包裹于透明模型箱1外，保留进气孔2、出气孔3、侧面补水口4及底端补水口5，之后将侧面补水箱14与底端补水箱24置于设定高度处；

[0100] 4)仪器连接：将循环出口10与进气孔2以及循环入口11与出气孔3分别通过相应的硅橡胶管9相连通，使透明模型箱1的顶部与低温恒温槽6循环连通，再将底端补水箱24与底端补水口5以及侧面补水箱14与侧面补水口4分别通过相应的导水管15相连通，使底端透水石17及侧面透水石25分别与供水机构相连通，之后将温度传感器7及气压传感器8分别与低温恒温槽6电连接；

[0101] 5)试验条件设定：设置低温恒温槽6内的试验温度范围、温度变化速率为-1℃/h、温度气压数据采集频率为1次/s，以及CT扫描频率为3次/h；

[0102] 6)启动低温恒温槽6、开启开关12、启动CT测量系统并松开止水夹16使供水机构开始工作，开始试验，收集数据并整理。

[0103] 其余同实施例2。

[0104] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。