一种模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置，包括振动台、模型试验箱、导轨底架、导轨、刻度杆、弹簧矩阵、弹簧安装板、承重底板、调整连接杆、固定轴承、活动轴承、升降抽屉、千斤顶底座和液压千斤顶，各部件组成导轨支架、弹簧阻尼系统、支撑连接架和液压动力系统。采用本实用新型专利技术所述试验装置可以实现断层错动力作用于隧道模型下地震作用的动力响应，断层错动力由液压千斤顶提供并能模拟任意倾角的断层，弹簧矩阵能够保证上盘土体在振动台工作时的持续动态错动，使得隧道模型受力更加符合实际情况，试验结果的真实性和精度都得到显著提高，有利于穿越断层隧道抗减震设计研究。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种隧道抗震试验装置，尤其涉及一种模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置。
技术介绍
2008年中国汶川发生的5.12汶川大地震导致多座隧道出现不同程度的破坏，在调查的总计57座隧道中，有49座隧道的衬砌发生混凝土块龟裂、掉落，甚至钢筋弯曲等不同程度的破坏。调查表明，当隧道穿越活动断裂带时，断层运动对隧道结构产生剪切作用，地震作用下导致隧道的支护结构受到更大的剪切作用，隧道衬砌发生结构上的破坏，严重时可能造成伤亡和损失，并且使交通阻断难以及时恢复，也无法及时对灾区进行抗震救灾。随着隧道建设的发展，修建隧道地区的范围越来越广，隧道不可能完全避开断层带，因此，对穿越断层带的隧道，其结构需要具有良好的抗震性能。模拟隧道地震响应的试验装置可以简称地震模型试验装置，现有的地震模型试验装置不能同时考虑断层错动剪切作用和地震对隧道的影响，也无法模拟断层在隧道受到地震荷载作用时持续发生错动，这使得实验过程与实际情况不能高度吻合，试验结果的真实性和精度都不够高，不利于穿越断层隧道抗减震设计研究。
技术实现思路
本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种既能模拟单一场地条件、又能综合模拟地震作用及断层影响的模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置，包括振动台、模型试验箱、导轨底架、导轨、刻度杆、弹簧矩阵、弹簧安装板、承重底板、调整连接杆、固定轴承、活动轴承、升降抽屉、千斤顶底座和液压千斤顶；顶部开口的所述模型试验箱安装于所述振动台上，所述模型试验箱的一端设有通过转轴实现旋转的箱门，所述导轨底架安装于所述模型试验箱内的底板上并靠近所述箱门，两个倾斜且倾斜角度可调的导轨分别安装于所述导轨底架的两端且所述导轨的低端靠近所述箱门，两根竖向的所述刻度杆分别安装于所述导轨底架的两端且远离所述箱门，由多条竖向的弹簧组成的所述弹簧矩阵的下端安装于所述弹簧安装板上，所述弹簧安装板置于所述模型试验箱内的底板上，所述承重底板置于所述弹簧矩阵的上面，所述承重底板两端的前后边缘处分别通过转轴安装有两根可以自由旋转的所述调整连接杆，同一端的两根所述调整连接杆的上端相互交叉连接，两个所述固定轴承分别安装于靠近所述箱门的两个所述转轴的外侧，两个所述活动轴承分别安装于所述承重底板两端的所述调整连接杆上，所述承重底板两端的所述活动轴承和所述固定轴承分别置于两个所述导轨上并能够在所述导轨上自由移动，两个所述活动轴承的内侧分别与两个所述液压千斤顶的活塞杆活动连接，两个所述液压千斤顶分别活动安装于所述千斤顶底座的两端，所述千斤顶底座安装于所述振动台上并位于所述模型试验箱外且靠近所述箱门，竖向且宽度略小于所述模型试验箱的内部宽度的所述升降抽屉的底部与所述承重底板的上面固定连接并位于所述模型试验箱内。上述结构中，振动台用于在试验时提供振动动力以模拟地震作用；模型试验箱用作其它部件的安装基础并在内部放置隧道模型和土体；导轨底架、导轨和刻度杆共同构成导轨支架，用于支撑承重底板并便于承重底板带动升降抽屉定向移动，其中刻度杆用于调整导轨倾斜角度时起辅助作用；弹簧矩阵和弹簧安装板组成弹簧阻尼系统，具体作用有：1、弹簧阻尼系统可以通过调整弹簧数量来模拟多种弹性抗力系数的围岩；2、在液压千斤顶拆除后，弹簧阻尼系统为升降抽屉提供支撑，保证隧道模型受到剪切作用，当模拟地震作用时，弹簧阻尼系统可以使隧道模型受到持续剪切作用；3、弹簧阻尼系统能够发挥自身阻尼的特性，在没有弹簧阻尼系统的情况下，对升降抽屉施加一定位移模拟断层错动，需要在振动台开始工作前对整个装置进行稳固，如果此时直接开始振动，由于升降抽屉被固定，隧道模型位于断层错动部分的结构会承受巨大内力，可能导致试验失败，加入弹簧阻尼系统相当于给予升降抽屉一定的位移活动范围，从而一定程度上起到缓冲作用；承重底板、调整连接杆、固定轴承和活动轴承共同构成支撑连接架，用于实现在液压千斤顶推动下升降抽屉的定向移动；千斤顶底座和液压千斤顶构成液压动力系统，用于为承重底板带动升降抽屉定向移动提供液压动力；升降抽屉用于带动抽屉内土体定向移动，模拟断层的上盘错动。上述调整连接杆的倾斜角度和液压千斤顶的角度在试验过程中都需要进行调整以适应导轨的倾斜角度，导轨的倾斜角度表示断层倾角。具体地，所述活动轴承的另一端设有用于与所述液压千斤顶连接的千斤顶连接孔，所述液压千斤顶的活塞杆通过铰链与所述千斤顶连接孔连接。具体地，所述调整连接杆上设有多个连接通孔，同一端的两个所述调整连接杆之间通过螺栓穿过所述连接通孔实现相互交叉连接；所述活动轴承安装于某一根所述调整连接杆上或者安装于相互交叉连接的两根所述调整连接杆的交叉位置。活动轴承在调整连接杆上的位置可相应调整，保证在液压千斤顶推动下承重底板始终保持水平状态。为了便于调节液压千斤顶的支撑角度，所述千斤顶底座安装有用于调整所述液压千斤顶位置的千斤顶调整架，所述液压千斤顶安装于所述千斤顶调整架上。为了模拟多种弹性抗力系数的围岩，所述弹簧矩阵的弹簧数量N由以下公式确定： N = K k 0 ]]>式中，K为围岩弹性抗力系数，k0为单个弹簧的刚度。进一步，为了确保升降抽屉在定向移动中保持竖直状态，所述试验装置还包括用于使所述升降抽屉保持平稳定向移动的稳定杆，所述箱门的上方设有与所述模型试验箱固定连接的固定板，所述稳定杆通过自身外螺纹安装于所述固定板上且其内端置于所述模型试验箱内并顶住所述升降抽屉的外侧表面。本技术的有益效果在于：采用本技术所述试验装置可以实现模拟断层错动下隧道模型的地震响应，模拟断层错动所需外力由液压千斤顶提供，通过调整导轨、调整连接杆的倾斜角度和液压千斤顶支撑角度模拟任意倾角的断层；弹簧阻尼系统中的弹簧矩阵能够保证断层上盘(即升降抽屉内土体)在振动台工作时的持续错动，模拟断层持续剪切作用，并且弹簧矩阵能够模拟隧道围岩弹性抗力，使得隧道模型受力更加符合实际情况，试验结果的真实性和精度都得到显著提高，有利于穿越断层隧道抗减震设计研究。附图说明图1是本技术所述模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置的立体结构示意图，图中示出了模型试验箱内的结构；图2是本技术所述模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置的主视结构示意图，图中示出了模型试验箱内的结构且去掉了模型试验箱的一个侧板；图3是本技术所述模型试验箱的立体结构示意图；图4是本技术所述升降抽屉的立体结构示意图；图5是本技术所述承重底板、调整连接杆、固定轴承和活动轴承的立体结构示意图；图6是本技术所述导轨底架、导轨和刻度杆的立体结构示意图；图7是本技术所述弹簧矩阵和弹簧安装板的立体结构示意图；图8是本技术所述千斤顶底座、千斤顶调整架和液压千斤顶的立体结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明：如图1-图8所示，本技术所述模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置包括振动台18、模型试验箱1、稳定杆2、导轨底架12、导轨10、刻度杆11、弹簧矩阵13、弹簧安装板14、承重底板5、调整连接杆6、固定轴承8、活动轴承7、升降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置，其特征在于：包括振动台、模型试验箱、导轨底架、导轨、刻度杆、弹簧矩阵、弹簧安装板、承重底板、调整连接杆、固定轴承、活动轴承、升降抽屉、千斤顶底座和液压千斤顶；顶部开口的所述模型试验箱安装于所述振动台上，所述模型试验箱的一端设有通过转轴实现旋转的箱门，所述导轨底架安装于所述模型试验箱内的底板上并靠近所述箱门，两个倾斜且倾斜角度可调的导轨分别安装于所述导轨底架的两端且所述导轨的低端靠近所述箱门，两根竖向的所述刻度杆分别安装于所述导轨底架的两端且远离所述箱门，由多条竖向的弹簧组成的所述弹簧矩阵的下端安装于所述弹簧安装板上，所述弹簧安装板置于所述模型试验箱内的底板上，所述承重底板置于所述弹簧矩阵的上面，所述承重底板两端的前后边缘处分别通过转轴安装有两根可以自由旋转的所述调整连接杆，同一端的两根所述调整连接杆的上端相互交叉连接，两个所述固定轴承分别安装于靠近所述箱门的两个所述转轴的外侧，两个所述活动轴承分别安装于所述承重底板两端的所述调整连接杆上，所述承重底板两端的所述活动轴承和所述固定轴承分别置于两个所述导轨上并能够在所述导轨上自由移动，两个所述活动轴承的内侧分别与两个所述液压千斤顶的活塞杆活动连接，两个所述液压千斤顶分别活动安装于所述千斤顶底座的两端，所述千斤顶底座安装于所述振动台上并位于所述模型试验箱外且靠近所述箱门，竖向且宽度略小于所述模型试验箱的内部宽度的所述升降抽屉的底部与所述承重底板的上面固定连接并位于所述模型试验箱内。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟断层错动下隧道地震响应的试验装置，其特征在于：包括振动台、模型试验箱、导轨底架、导轨、刻度杆、弹簧矩阵、弹簧安装板、承重底板、调整连接杆、固定轴承、活动轴承、升降抽屉、千斤顶底座和液压千斤顶；顶部开口的所述模型试验箱安装于所述振动台上，所述模型试验箱的一端设有通过转轴实现旋转的箱门，所述导轨底架安装于所述模型试验箱内的底板上并靠近所述箱门，两个倾斜且倾斜角度可调的导轨分别安装于所述导轨底架的两端且所述导轨的低端靠近所述箱门，两根竖向的所述刻度杆分别安装于所述导轨底架的两端且远离所述箱门，由多条竖向的弹簧组成的所述弹簧矩阵的下端安装于所述弹簧安装板上，所述弹簧安装板置于所述模型试验箱内的底板上，所述承重底板置于所述弹簧矩阵的上面，所述承重底板两端的前后边缘处分别通过转轴安装有两根可以自由旋转的所述调整连接杆，同一端的两根所述调整连接杆的上端相互交叉连接，两个所述固定轴承分别安装于靠近所述箱门的两个所述转轴的外侧，两个所述活动轴承分别安装于所述承重底板两端的所述调整连接杆上，所述承重底板两端的所述活动轴承和所述固定轴承分别置于两个所述导轨上并能够在所述导轨上自由移动，两个所述活动轴承的内侧分别与两个所述液压千斤顶的活塞杆活动连接，两个所述液压千斤顶分别活动安装于所述千斤顶底座的两端，所述千斤顶底座安装于所述振动台上并位于所述模型试验箱外且靠近所述箱门，竖向且宽度略小于所述模型试验箱的内部宽度的所述升降抽屉的底部与所述承重底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿萍，王少锋，卢志楷，晏启祥，安俊吉，丁梯，陈枰良，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51