一种地铁隧道洪涝模拟装置及地铁隧道洪涝模拟测试方法

1.本技术属于地铁技术领域，尤其涉及一种地铁隧道洪涝模拟装置及地铁隧道洪涝模拟测试方法。


背景技术：

2.关于地铁隧道工程的灾害模拟实验模型，目前已经涵盖了应力破坏、腐蚀、垮塌、突水、火灾等灾害类型以及一部分灾种耦合实验系统，大多数实验研究主要面向隧道本体安全，而对于洪水侵入地铁隧道空间的洪涝灾害实验模型处于较为空白的阶段。
3.以地铁为代表的地下空间，是城市洪涝灾害中风险最为集中的区域，同时由于隧道的半封闭特性，给受灾人员的疏散和救援造成很大困难。此外，由于地铁水灾的破坏性难以防护，导致在真实工程场景和物理尺度下开展实验的成本过高，有必要使用尺缩模型装置对隧道洪涝灾害加以研究。
4.现有的洪涝模型主要以明渠恒定流的水力学特性为研究对象，一般由实验水槽、量水堰、稳水箱、蓄水箱和水泵组成，可提供稳定状态下的流量、断面流速、水位等参数测量和流态观测信息。
5.但目前尚无针对地铁隧道洪涝灾害情景设计的实验水道，现有研究缺乏关于隧道截面形状及隧道内部结构的明渠流动模型。现有明渠实验装置的几何尺度、较小的流量规模也难以与地下空间洪涝情景建立对应关系。水槽的几何结构较为单一，尺寸较小，对于隧道内的洪水场景模拟缺乏针对性。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种地铁隧道洪涝模拟装置，能够模拟真实场景中的地铁隧道洪涝过程，研究不同流量洪水在隧道内的扩散和淹没规律。
7.本技术实施例提供一种地铁隧道洪涝模拟装置，包括：隧道模型机构，隧道模型机构包括隧道主体模型，隧道主体模型包括沿其轴向相对设置的第一端与第二端；流体控制机构，流体控制机构包括蓄水箱与集水箱，蓄水箱与隧道主体模型的第一端相连，集水箱与隧道主体模型的第二端相连，蓄水箱用于向隧道主体模型内放水，集水箱用于收集隧道主体模型内的水；检测机构，检测机构安装在隧道主体模型上，检测机构用于检测隧道主体模型内水流的参数。
8.根据本技术第一方面的实施方式，隧道主体模型包括：路基，沿隧道主体模型的轴向延伸成型；边墙，连接于路基的两侧且沿隧道主体模型的轴向延伸成型，两个边墙沿相互远离的方向凸出呈弧形曲面。
9.根据本技术第一方面的实施方式，隧道主体模型还包括：排水明沟，两个排水明沟分设于路基的两侧，且各排水明沟连接于路基与各边墙之间；拱顶，拱顶的两侧与边墙连接，拱顶与路基沿第二方向相对设置，拱顶沿远离路基的方向凸出呈弧形曲面，排水明沟和拱顶之间的距离大于路基和拱顶之间的距离；疏散平台，连接于边墙，且疏散平台与拱顶之
间的距离小于路基与拱顶之间的距离。
10.根据本技术第一方面的实施方式，检测机构包括：液位传感器，连接于拱顶并用于检测排水明沟内的水流的高度，复数个液位传感器沿隧道主体模型的轴向间隔布置在排水明沟朝向拱顶的一侧，液位传感器包括主机和由主机朝向排水明沟伸出的探测头。
11.根据本技术第一方面的实施方式，检测机构还包括：传动件，连接于拱顶和液位传感器之间，且液位传感器通过传动件相对拱顶沿第二方向可移动设置。
12.根据本技术第一方面的实施方式，传动件包括：刻度齿轮，连接于拱顶；齿条，连接于液位传感器，齿条沿第二方向延伸成型，刻度齿轮和齿条相互啮合，以使液位传感器通过齿条相对刻度齿轮沿第二方向可移动设置。
13.根据本技术第一方面的实施方式，传动件还包括：夹具，连接液位传感器和齿条之间，且夹具和排水明沟沿第二方向间隔设置。
14.根据本技术第一方面的实施方式，检测机构包括：洪水前锋传感器，用于检测隧道主体模型内水流的到达时间，复数个洪水前锋传感器沿隧道主体模型的轴向间隔布置在路基上；和/或流速传感器，用于检测隧道主体模型内的水流的流速，复数个流速传感器沿隧道主体模型的轴向间隔布置在隧道主体模型内；和/或摄像头，用于拍摄隧道主体模型内的水流，复数个摄像头沿隧道主体模型的轴向间隔布置在隧道主体模型内。
15.另一方面，本技术实施例提供了一种地铁隧道洪涝模拟测试方法，应用于如上所述的地铁隧道洪涝模拟装置，方法包括：
16.测量地铁隧道的内径l
p
以及隧道主体模型的内径lm；
17.根据地铁隧道的内径l
p
以及隧道主体模型的内径lm计算隧道主体模型与地铁隧道的长度比尺λ
l
，其中长度比尺λ
l
满足如下关系式：
[0018][0019]
根据长度比尺及重力相似准则确定流速比尺为λv，其中流速比尺λv满足如下关系式：
[0020][0021]
获取隧道主体模型内的模拟流速vm；
[0022]
根据流速比尺确定地铁隧道内水流的实际流速v
p
，实际流速满足如下关系式：
[0023][0024]
根据本技术第二方面的实施方式，还包括：
[0025]
根据长度比尺与流速比尺确定流量比尺为λq，其中流量比尺λq满足如下关系式：
[0026]
λq＝λ
l2.5
；
[0027]
获取隧道主体模型内的模拟流量qm；
[0028]
根据流量比尺确定地铁隧道内水流的实际流量q
p
，实际流量满足如下关系式：
[0029]qp
＝qm*λq＝q
p
*λ
l2.5
。
[0030]
根据本技术第二方面的实施方式，还包括：
[0031]
根据长度比尺与流速比尺确定雷诺数比尺为λ
re
，其中雷诺数比尺λ
re
满足如下关系式：
[0032]
λ
re
＝λ
l1.5
；
[0033]
获取隧道主体模型内的模拟雷诺数rem，其中模拟雷诺数rem满足如下关系式：
[0034][0035]
其中ρ为隧道主体模型内的液体的密度，μ为隧道主体模型内的液体的黏性系数；
[0036]
根据雷诺数比尺确定地铁隧道内水流的实际雷诺数re
p
，实际雷诺数满足如下关系式：
[0037]
re
p
＝rem*λ
re
＝rem*λ
l1.5
。
[0038]
本技术公开的地铁隧道洪涝模拟装置及地铁隧道洪涝模拟测试方法，通过隧道模型机构模拟真实场景中的地铁隧道，通过流体控制机构向隧道主体模型中注水模拟洪水的扩散和淹没，通过检测机构获取隧道主体模型中水流的各个参数，用以研究不同流量洪水在隧道内的扩散和淹没规律，结构简单且应用场景广泛。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1为本技术一些实施例的地铁隧道洪涝模拟装置的结构示意图；
[0041]
图2示出一种示例的图1中地铁隧道洪涝模拟装置在a-a截面的剖视图；
[0042]
图3示出一种示例的图1中地铁隧道洪涝模拟装置在b-b截面的剖视图；
[0043]
图4示出一种示例的图1中地铁隧道洪涝模拟装置中洪水前锋传感器的电路模块原理图。
[0044]
附图标记：
[0045]
10、隧道模型机构；11、隧道主体模型；111、第一端；112、第二端；113、路基；114、边墙；115、排水明沟；116、拱顶；117、疏散平台；118、通孔；
[0046]
20、流体控制机构；21、蓄水箱；211、蓄水箱体；212、导流槽；213、阀门；214、超声波液位计；215、潜水泵；
[0047]
22、集水箱；221、升降尾门；
[0048]
30、坡度调节机构；31、链条；32、绞轮；33、支撑臂；34、悬臂；
[0049]
40、检测机构；41、液位传感器；411、主机；412、探测头；42、传动件；421、刻度齿轮；422、齿条；423、夹具；424、立柱；43、摄像头；44、洪水前锋传感器；441、二极管；442、过零比较器；443、奇偶校验器；
[0050]
50、列车模型。
具体实施方式
[0051]
下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本技术，而不是限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对
实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解。
[0052]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0053]
请参考图1至4，为了解决现有技术问题，本技术实施例提供了一种地铁隧道洪涝模拟装置。下面对本技术实施例所提供的地铁隧道洪涝模拟装置进行介绍。
[0054]
请参考图1，本技术实施例提供一种地铁隧道洪涝模拟装置，包括隧道模型机构10、流体控制机构20和检测机构40。隧道模型机构10包括隧道主体模型11，隧道主体模型11包括沿其轴向相对设置的第一端111和第二端112。流体控制机构20包括蓄水箱21与集水箱22，蓄水箱21与隧道主体模型11的第一端111相连，用于向隧道主体模型11内放水。集水箱22与隧道主体模型11的第二端112相连，用于收集隧道主体模型11内的水。检测机构40安装在隧道主体模型11上，检测机构用于检测隧道主体模型11内水流的参数。
[0055]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过隧道模型机构10模拟真实场景中的地铁隧道，通过流体控制机构20向隧道主体模型11中注水模拟洪水的扩散和淹没，通过检测机构40获取隧道主体模型11中水流的各个参数，用以研究不同流量洪水在隧道内的扩散和淹没规律，结构简单且应用场景广泛。
[0056]
在一些实施例中，地铁隧道洪涝模拟装置还可以包括坡度调节机构30，坡度调节机构30与隧道主体模型11相连，坡度调节机构30用于调节隧道主体模型11的轴向与第一方向的夹角。
[0057]
在本实施例中，第一方向为水平方向，改变隧道主体模型11的轴向与第一方向的夹角，也可以理解为改变了隧道主体模型11的坡度。
[0058]
在一些实施例中，坡度调节机构30与隧道主体模型11的第一端111和/或第二端112相连，坡度调节机构30通过驱动隧道主体模型11的第一端111和/或第二端112沿第二方向运动，进而调节隧道主体模型11的轴向与第一方向的夹角。
[0059]
在本实施例中，第二方向与第一方向相交，第二方向可以为高度方向(竖直铅锤方向)也可以为隧道主体模型11内路基113与拱顶116的连线方向。
[0060]
请参考图1和图3，在一些实施例中，坡度调节机构30包括链条31和绞轮32，链条31与隧道主体模型11的第一端111和/或第二端112相连。绞轮32与链条31连接，绞轮32通过带动链条31运动，进而驱动隧道主体模型11的第一端111和/或第二端112沿第二方向运动。
[0061]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过链条31与绞轮32驱动隧道主体模型11的一端或两端沿第二方向运动，实现隧道主体模型11的坡度调节，结构简单且成本较低。
[0062]
在一些实施例中，坡度调节机构30还可以包括支撑臂33和悬臂34，两个支撑臂33分设于隧道主体模型11的两侧，两个支撑臂33底部与地面连接。悬臂34连接于两个支撑臂33之间，绞轮32连接于悬臂34。
[0063]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过支撑臂33和悬臂34作为坡度调节机
构30的支点，结构连接稳固，避免隧道主体模型11在注水后出现晃动甚至倾覆。
[0064]
在一些实施例中，坡度调节机构30还可以包括气缸(未画出)，气缸安装于地面上，气缸的活塞杆与隧道主体模型11的第一端111和/或第二端112相连，气缸通过驱动隧道主体模型11的第一端111和/或第二端112沿第二方向运动，进而调节隧道主体模型11的轴向与第一方向的夹角。
[0065]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过气缸驱动隧道主体模型11的一端或两端沿第二方向运动，实现隧道主体模型11的坡度调节，结构简单且成本较低。
[0066]
在一些实施例中，蓄水箱21包括蓄水箱体211和导流槽212，蓄水箱体211用于储水，导流槽212相对蓄水箱体211沿第二方向可移动设置，导流槽212具有入液口(未画出)，第一端111与入液口连通。即导流槽212与第一端111连接，导流槽212可跟随隧道主体模型11运动，使得导流槽212与蓄水箱体211之间的相对位置可改变。导流槽212的长度约为隧道主体模型11内径的3倍。
[0067]
在本实施例中，导流槽212与蓄水箱体211之间设置有防水布(未画出)，在保障水密性的同时使得隧道主体模型11与导流槽212位置具备一定的可调节性。
[0068]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，采用导流槽212模拟现实中地铁站台与隧道的连接部，蓄水箱体211通过导流槽212向隧道主体模型11内放水，模拟了洪水从站台层流入轨道的物理形态，更加符合实际场景中的洪涝情况，降低地铁隧道洪涝模拟装置的误差。
[0069]
在一些实施例中，蓄水箱21还可以包括阀门213，阀门213连接于蓄水箱体211与入液口之间。阀门213的数量与直径不做限定，隧道主体模型11内水流量的大小可以通过阀门开度、阀门的数量和大小进行控制，由于管嘴出流的真空度效应，可以获得较大的洪水流量。
[0070]
在一些实施例中，蓄水箱21还可以包括超声波液位计214，超声波液位计214位于蓄水箱体211内，用于监测蓄水箱体211内的水的体积。
[0071]
超声波液位计214运用超声波的发射、回波接收，实现水位高度的非接触式测量。由于蓄水箱体211的水平面积较大，可以保证蓄水箱体211内的水位分布相对平稳和均匀，保证信号变送具有足够的精度。
[0072]
在一些实施例中，蓄水箱21还可以包括潜水泵215，潜水泵215与蓄水箱体211连接，用于向蓄水箱体211内注水。潜水泵215的另一端可以外接水源，也可以与集水箱22相连，在一组实验完成后将集水箱22内的水导回蓄水箱体211中，反复利用，降低成本且节约水资源。
[0073]
在一些实施例中，集水箱22上设有升降尾门221，集水箱22与隧道主体模型11的第二端112通过升降尾门221相连，升降尾门221可以沿第二方向上下运动，进而改变第二端112与集水箱22之间接口的大小。
[0074]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过升降尾门221模拟现实中地铁隧道里无阻挡物、有防洪闸、有防淹门情景下对洪水流动的影响。升降尾门221将第二端112部分封闭时，模拟的是防洪闸的场景，升降尾门221将第二端112完全封闭时，模拟的是防淹门的场景。同一模型经过简单的变换即可对应多个场景，提高地铁隧道洪涝模拟装置的准确性的同时还可增加地铁隧道洪涝模拟装置的应用范围。
[0075]
请参考图2和图3，在一些实施例中，隧道主体模型11包括路基113和边墙114，路基113沿隧道主体模型11的轴向延伸成型。边墙114连接于路基113的两侧且沿隧道主体模型11的轴向延伸成型，两个边墙114沿相互远离的方向凸出呈弧形曲面。
[0076]
在一些实施例中，隧道主体模型11还可以包括排水明沟115和拱顶116，两个排水明沟115分设于路基113的两侧，各排水明沟115连接于路基113和边墙114之间。拱顶116与路基113沿第二方向相对设置，拱顶116的两侧与两个边墙114连接，排水明沟115和拱顶116之间的距离大于路基113和拱顶116之间的距离，拱顶116沿远离路基113的方向凸出呈弧形曲面。
[0077]
在本实施例中，路基113、边墙114、排水明沟115和拱顶116共同组成隧道主体模型11横截面的轮廓。
[0078]
在一些实施例中，隧道主体模型11还可以包括疏散平台117，疏散平台117沿隧道主体模型11的轴向延伸成型。疏散平台117位于两个边墙114之间，且与其中一个边墙114相连。疏散平台117和拱顶116之间的距离小于路基113和拱顶116之间的距离。
[0079]
在一些实施例中，地铁隧道洪涝模拟装置还可以包括列车模型50，列车模型50为实际列车的等比例缩小模型，列车模型50的缩小比例与隧道主体模型11的缩小比例相等，列车模型安装于路基113上。
[0080]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过等比例缩小得隧道主体模型11及列车模型50，模拟隧道中可能存在的一些设施与障碍物对洪水产生的影响，进一步提高地铁隧道洪涝模拟装置的准确性。
[0081]
在一些实施例中，入液口位于路基113朝向拱顶116的一侧，即入液口始终位于路基113的上方，模拟了真实地铁隧道中洪水会从海拔较高的站台跌入海拔较低的路基113上，更加符合实际场景中的洪涝情况，降低地铁隧道洪涝模拟装置的误差。
[0082]
请参考图2和图3，在一些实施例中，检测机构40包括液位传感器41，液位传感器41连接于拱顶116并用于检测隧道主体模型11内的水流的高度。复数个液位传感器41沿隧道主体模型11的轴向间隔布置在排水明沟115朝向拱顶116的一侧。液位传感器41包括主机411和主机411朝向排水明沟115伸出的探测头412。
[0083]
液位传感器41可以为导向脉冲式液位传感器，从探测头412沿着探针以一定的频率发射脉冲电磁波，当脉冲经过液面时，会产生波形的变化与反射，探测头412接收到返回的脉冲后将其变算为液位高度。
[0084]
在一些实施例中，检测机构40还可以包括传动件42，传动件42连接于拱顶116和液位传感器41之间，且液位传感器41通过传动件42相对拱顶116沿第二方向可移动设置。
[0085]
在一些实施例中，传动件42包括刻度齿轮421和齿条422，刻度齿轮421连接于拱顶116。齿条422连接于液位传感器41，齿条422沿第二方向延伸成型，刻度齿轮421与齿条422相互啮合，以使液位传感器41通过齿条422相对刻度齿轮421沿第二方向可移动设置。
[0086]
在一些实施例中，传动件42还可以包括夹具423，夹具423连接液位传感器41和齿条422之间，且夹具423和排水明沟115沿第二方向间隔设置。
[0087]
在一些实施例中，传动件42也可以不与拱顶116相连。拱顶116沿隧道主体模型11的轴向方向间隔布置有多个通孔118。传动件42还可以包括立柱424，立柱424设于隧道主体模型11的一侧，一端安装于地面，另一端与刻度齿轮421连接，使得液位传感器41从通孔118
伸入隧道主体模型11内，直至探测头412朝向排水明沟115。
[0088]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过传动件42连接液位传感器41的位置，使得液位传感器41连接在拱顶116或是装置支架，保证了液位传感器41的连接稳定性，进而保证了检测数据的准确度。通过刻度齿轮421与齿条422的配合，使得液位传感器41可相对于排水明沟115沿第二方向运动，用以调整和记录液位传感器41的相对高度位置。在本实施例中，优选探测头412与排水明沟115之间间隔2mm，目的是为了防止探针与隧道主体模型11导通对脉冲造成干扰。
[0089]
在一些实施例中，检测机构40还可以包括摄像头43，摄像头43用于拍摄隧道主体模型11内的水流，复数个摄像头43沿隧道主体模型11的轴向间隔布置在隧道主体模型11内。
[0090]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过摄像头43采集视频图像的方式，监控并记录沿程不同位置的洪水蔓延过程，辅助进行洪水前锋扩散、沿程流速、流动状态等方面的分析。
[0091]
在一些实施例中，摄像头43也可以设于隧道主体模型11外，摄像头43朝向通孔118，并通过通孔118拍摄隧道主体模型11内的水流。
[0092]
请参考图2和图4，在一些实施例中，检测机构40还可以包括洪水前锋传感器44，洪水前锋传感器44用于检测隧道主体模型11内水流前锋的到达时间，复数个洪水前锋传感器44沿隧道主体模型11的轴向布置在路基113上。
[0093]
每个洪水前锋传感器44利用空气与水在电阻率上的显著差异，将测点处是否有水转换为电压信号。每组洪水前锋传感器44包括二极管441、若干电阻和导线组成，直接粘贴在路基113上。二极管441的两个引脚互相靠近但不接触，当水流未经过该测点时，引脚间为绝缘的空气，二极管441两端施加反向电压，电路不导通，信号电压为0。当水流经过测点时，引脚之间被水导通，保护电阻的电压上升。根据实验测定，引脚间水的电阻大约为6-10kω，设置保护电阻处于相同量级，可以明显监测到跳变信号。每当一个洪水前锋传感器44被水流淹没时，该事件会表达为一个电压信号的跳变，分析利用这些信号可以得到洪水前锋的扩散过程。后续使用一系列逻辑门元件，例如过零比较器442与奇偶校验器443，对电压信号进行处理，从而将“水流前锋经过一个洪水前锋传感器44”作为元事件提取出来，有助于节省数据采集模块的通道数和数据后处理的时间成本。
[0094]
此外，洪水前锋传感器44模仿了地铁轨道的几何结构，增强了模型流动的湍流度，使模型与原型流动具有更为相似的流态特征。
[0095]
在一些实施例中，检测机构40还可以包括流速传感器(未画出)，流速传感器用于检测隧道主体模型11内的水流的流速，复数个流速传感器沿隧道主体模型的轴向间隔布置在隧道主体模型11内。
[0096]
流速传感器可以为微型多普勒流速仪，发射声脉冲波，脉冲通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒等反散射体，回波信号由换能器接收，经测定多普勒频移而变算得到测点附近的流速。
[0097]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过隧道模型机构10模拟真实场景中的地铁隧道，通过流体控制机构20向隧道主体模型11中注水模拟洪水的扩散和淹没，通过检测机构40获取隧道主体模型11中水流的各个参数，用以研究不同流量洪水在隧道内的扩散
和淹没规律，结构简单且应用场景广泛。
[0098]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过链条31与绞轮32驱动隧道主体模型11的一端或两端沿第二方向运动，实现隧道主体模型11的坡度调节，结构简单且成本较低。通过支撑臂33和悬臂34作为坡度调节机构30的支点，结构连接稳固，避免隧道主体模型11在注水后出现晃动甚至倾覆。采用导流槽212模拟现实中地铁站台与隧道的连接部，蓄水箱体211通过导流槽212向隧道主体模型11内放水，模拟了洪水从站台层流入轨道的物理形态，更加符合实际场景中的洪涝情况，降低地铁隧道洪涝模拟装置的误差。通过升降尾门221模拟现实中地铁隧道里无阻挡物、有防洪闸、有防淹门情景下对洪水流动的影响。升降尾门221将第二端112部分封闭时，模拟的是防洪闸的场景，升降尾门221将第二端112完全封闭时，模拟的是防淹门的场景。同一模型经过简单的变换即可对应多个场景，提高地铁隧道洪涝模拟装置的准确性的同时还可增加地铁隧道洪涝模拟装置的应用范围。通过等比例缩小得隧道主体模型11及列车模型50，模拟隧道中可能存在的一些设施与障碍物对洪水产生的影响，进一步提高地铁隧道洪涝模拟装置的准确性。
[0099]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过传动件42连接液位传感器41的位置，使得液位传感器41连接在拱顶116或是地面，保证了液位传感器41的连接稳定性，进而保证了检测数据的准确度。通过刻度齿轮421与齿条422的配合，使得液位传感器41可相对于排水明沟115沿第二方向运动，用以调整和记录液位传感器41的相对高度位置。本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟装置，通过摄像头43采集视频图像的方式，监控并记录沿程不同位置的洪水蔓延过程，辅助进行洪水前锋扩散、沿程流速、流动状态等方面的分析。
[0100]
由于本地铁隧道洪涝模拟装置的设计直接针对地铁隧道空间的特定场景，需要注重其工程应用价值，所以对于洪水侵入过程中可能发生的风险场景，需要在地铁隧道洪涝模拟装置中给出对应关系和风险解释。
[0101]
首先对于不同的淹没水位，可能引发一定的风险后果。当水位淹没地铁列车的电气动力系统时，可能导致车辆中止运行、失电。当水位淹没位于疏散平台117下方的配电箱时，可能导致车辆中止运行、照明部分失效，以及一定的触电风险。当淹没疏散平台117时，可能导致人员疏散行走困难。当淹没疏散指示灯时，可能导致隧道内可见度下降，人员疏散进一步受阻，风险上升。当淹没设备箱和部分通信电缆时，可能导致隧道内通信瘫痪，同时受困人员呼吸困难，面临溺水的危险。以上各类设备的高程数据可以通过实地测量获得，并换算到本地铁隧道洪涝模拟装置中。
[0102]
本技术实施例还提供一种地铁隧道洪涝模拟测试方法，应用于如上所述的地铁隧道洪涝模拟装置，方法中用角标p和m分别表示原型和模型流场中对应空间点上的物理量。该地铁隧道洪涝模拟测试方法包括：
[0103]
步骤s11，测量地铁隧道的第一内径l
p
以及隧道主体模型11的第二内径lm。
[0104]
步骤s12，根据第一内径l
p
以及第二内径lm计算隧道主体模型11与地铁隧道的长度比尺λ
l
，其中长度比尺λ
l
满足如下关系式：
[0105][0106]
步骤s13，根据长度比尺λ
l
及重力相似准则确定流速比尺λv，流速比尺λv满足如下关系式：
[0107][0108]
由于在原型和模型两个流场中，所有几何学、运动学和力学物理量都应该在空间各处维持一定的比例关系，进而将弗劳德数方程转换为比尺的形式如下：
[0109][0110]
将长度比尺代入上式转换得出流速比尺λv满足如下关系式：
[0111][0112]
步骤s14，获取隧道主体模型11内的模拟流速vm。
[0113]
步骤s15，根据流速比尺确定地铁隧道内水流的实际流速v
p
，实际流速满足如下关系式：
[0114][0115]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟测试方法，总体上基于流动相似准则的基本原理，由于隧道洪水类型近似属于明渠流动，重力是同类液流现象中占主导地位的作用力，故地铁隧道洪涝模拟装置按照重力相似准则构建数量关系，即以保持弗劳德数fr相等为基准，通过弗劳德数公式的推算，使得地铁隧道洪涝模拟装置与真实的地铁隧道在较大的尺缩比例下依然保证了流速数据的准确性。
[0116]
在一些实施例中，步骤s12之后还可以包括：
[0117]
步骤s23，根据长度比尺λ
l
和流速比尺λv，确定流量比尺λq，由于非恒定流的原型和模型流动之间还需要满足惯性力相似准则，即斯特劳哈尔数st相等；斯特劳哈尔数st关系表达为：
[0118][0119]
进而有时间比尺为：
[0120][0121]
流量比尺为：
[0122][0123]
步骤s24，获取隧道主体模型11内的模拟流量qm。
[0124]
s25，根据流量比尺确定地铁隧道内水流的实际流量q
p
，所述实际流量满足如下关系式：
[0125]qp
＝qm*λq＝qm*λ
l2.5
。
[0126]
本技术实施例的地铁隧道洪涝模拟测试方法，由于洪水扩散过程是非恒定流，故采用斯特劳哈尔数st确定地铁隧道洪涝模拟装置与真实隧道流动的时间相似关系，使得地铁隧道洪涝模拟装置与真实的地铁隧道在较大的尺缩比例下依然保证了流量数据的准确性。
[0127]
在一些实施例中，步骤s12之后还可以包括：
[0128]
步骤s33，根据长度比尺λ
l
和流速比尺λv，确定雷诺数比尺λ
re
，其中雷诺数比尺满
足如下关系式：
[0129][0130]
步骤s34，获取隧道主体模型11内的模拟雷诺数rem，其中模拟雷诺数rem满足如下关系式：
[0131][0132]
其中ρ为隧道主体模型11内的液体的密度，μ为隧道主体模型11内的液体的黏性系数。
[0133]
步骤s35，根据所雷诺数比尺确定地铁隧道内水流的实际雷诺数re
p
，实际雷诺数满足如下关系式：
[0134]
re
p
＝rem*λ
re
＝rem*λ
l1.5
。
[0135]
雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，表达了粘性力与惯性力的相对关系，利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定流体所受到的摩擦阻力。
[0136]
在一些实施例中，地铁隧道的内径l
p
为为5.94m，隧道主体模型11的内径lm为32cm，则长度比尺λ
l
为：
[0137][0138]
流量比尺λq为：
[0139][0140]
雷诺数比尺λ
re
为：
[0141][0142]
为了进一步控制模型流动的失真程度，降低重力之外其他因素对模型相似性的影响，有效保证该装置真实地反映地铁隧道中的洪水流动状态，将隧道主体模型11的内表面的粗糙度尽量贴近长度比尺的要求。地铁隧道内部的路基、排水明沟等表面通常采用混凝土材料铺装，典型粗糙度1.5-2.0mm，本实施例中隧道主体模型11内表面为铸铁材质，典型粗糙度约为50-100μm，近似符合长度比尺换算关系。
[0143]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。