一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试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隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置，包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧、滑槽、支架；所述的试验箱中间断开分为左盘和右盘两部分。本实用新型专利技术从滑槽下落周期性的撞击试验箱，并通过小球开始下落时的高度、释放小球的不同时间间隔，来模拟地震区水平、竖直地震动耦合作用下隧道围岩地震动力响应试验，再现地震区隧道围岩地震波动力作用响应过程和响应方式，试验箱的上右盘设置，模拟了发震时地层错动对隧道围岩的影响，为工程结构设计、地质灾害预测等提供准确可靠的建议，对工程建设进行抗震设防。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置
本技术属于岩土工程
，尤其是一种模拟隧道遭受地震的动力响应测试装置。
技术介绍
地震是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5～7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波，在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。震中附近振动最强烈，破坏比也最严重的地区称为极震区，地震发生时，最基本的现象是地面的连续振动，主要是明显的晃动，极震区的人在感到大的晃动之前，有时首先感到上下跳动，即纵波首先到达，然后是横波引起的左右晃动，然后才是面波引起的大的晃动。隧道围岩即隧道开挖后其周围一定范围内，对其稳定性能产生影响的那部分岩(土)体。隧道周围的地层可以是软硬不一的岩石，也可以是松散的土，把土视为一种特殊的(风化破碎严重的)岩石，所以隧道周围的地层，不管是土体还是岩体，统称为围岩。这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。一般认为在地震荷载作用下，地下隧道围岩的振动加速度小于地面，而且围岩有足够的刚度保持隧道形状不变，因此，隧道有较好的抗震性能。然而，此观点与20世纪末期的两次大地震结果相背驰，1995年阪神地震造成灾区内10％的山岭隧道受到严重破坏；1999年中国台湾集集地震后，台湾中部距发震断层25km范围内的44座受损隧道中，严重受损者达25％，中等受损者25％。我国西南部地区是高烈度地震的多发区，也是在建或拟建的大型水电工程和岩土工程地下隧道群较多的重点区域。隧道的地震设计烈度要求高，隧道修建时的动力响应和围岩稳定是高地震烈度区域地下工程建设需要重点研究和解决的问题。地下隧道的稳定性分析主要包括整体稳定性分析(过度的塑性区变形)和局部块体的稳定性分析(边墙或顶拱的块体垮塌)。2011年日本东海岸地震以及2008年中国汶川地震实例证明，地震荷载作用下地下隧道变形和破坏可以直接导致边墙和拱顶的塌落和隧道内部建筑破损断裂等，对地下工程安全造成严重影响。震中为震源在地表的投影点。震中也称震中位置，是震源在地表水平面上的垂直投影用经、纬度表示。实际上震中并非一个点，而是一个区域。震中也有一定范围，称为震中区，震中区是地震破坏最强的地区。在震中发震时常会引起地层错断，按错断的形式，通常按断层的位移性质分为：上盘相对下降的正断层；上盘相对上升的逆断层。断层面倾角小于30°的逆断层又称冲断层，正断层和逆断层的两盘相对运动方向均大致平行于断层面倾斜方向，故又统称为倾向滑动断层；两盘沿断层走向作相对水平运动的平移断层，又称走向滑动断层。处于震中的隧道围岩亦会发生错动，导致隧道围岩的响应十分复杂，目前研究地震动力作用常采用数值方法进行模拟，同时多采用振动台试验以及动力离心模型试验等大型模型试验来模拟地震作用，模拟围岩处于封闭的试验箱中的响应情况，仅考虑了地震时能量均匀传递过来对隧道的作用，然而鲜有涉及简易地震动力的模拟测试装置，能再现震中隧道在发震时发生相对水平方向平移错动的地震动力响应。因此，亟需研制出一种可模拟震中隧道遭受地震的动力响应测试装置，实现试验设备制作便捷，测试方法简单、经济、可重复。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种试验设备制作便捷，测试方法简单、经济、可重复的模拟震中隧道遭受地震引起平移断层的动力响应测试装置，为地质灾害预测提供依据参考、为岩土工程中的结构设计及优化提供可靠的参数建议。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置，包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧；所述反力框架的上部、底部、左侧及右侧设有钢板，所述试验箱置于反力框架内，所述试验箱上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧与反力框架的上部、左侧及右侧钢板对应连接；所述的试验箱中间断开分为左盘和右盘两部分；所述试验箱与反力框架底部钢板之间设置有弹簧及可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述试验箱底部外侧和反力框架底部钢板内侧沿左右侧方向设置有对应的用于容纳钢球的滑轨，所述滑轨与弹簧间隔设置；所述反力框架右侧钢板上设有碰撞矩形开口，所述反力框架右侧钢板上设有碰撞矩形开口，所述的碰撞矩形开口位于左盘或右盘上；所述滑轨机构包括水平滑轨机构和竖直滑轨机构，所述的水平滑轨机构包括滑槽、支架，所述滑槽分为竖直加速段、弧形加速段、水平直线段和水平弧形撞击段，所述水平弧形撞击段的弧形拐点穿过碰撞矩形开口固连于试验箱右侧壁的形心处；所述滑槽底部设有至少一个用以固定滑槽的支架；所述的竖直滑轨机构包括滑槽、支架，所述滑槽分为竖直加速段、弧形加速段、水平直线段和弧形撞击段，所述弧形撞击段的弧形拐点固连于反力框架底部；所述的滑槽由管道形成，所述滑槽底部设有至少一个用以固定滑槽的支架；所述试验箱前壁上设有观察窗口，所述试验箱内设有隧道模型及模拟隧道围岩的土样，所述隧道模型一端开口朝向观察窗口放置于土样中，所述隧道模型的轴线与试验箱轴线重合。优选的，所述水平滑轨机构和竖直滑轨机构滑槽的竖直加速段高度可调节，所述滑槽上设有可升降平台，所述可升降平台设有可让小球滑动的小槽，所述小槽一端与滑槽的竖直加速段连接。优选的，所述水平滑轨机构滑槽的水平弧形撞击段以试验箱右侧壁的形心处法线为对称轴呈镜像对称。优选的，所述水平滑轨机构滑槽的水平弧形撞击段与试验箱右侧壁的形心处法线的夹角为θ，30°≤θ≤60°。本技术的有益效果是：本技术的一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置，从滑槽下落的小球将势能转化为动能，周期性的撞击试验箱，并通过小球开始下落时的高度、释放小球的不同时间间隔，来模拟地震区水平、竖直地震动耦合作用下不同地震强度、不同持续时间和不同周期条件下隧道围岩地震动力响应试验，真实地再现震中隧道围岩地震波动力作用响应过程和响应方式，试验箱的上右盘设置，模拟了发震时平移断层地层错动对隧道围岩的影响，为工程结构设计、地质灾害预测等提供准确可靠的建议，对工程建设进行抗震设防；滑槽的四段设计既可以将小球势能转化为动能，又可以调整小球方向撞击试验箱来模拟地震波，且小球回收方便，可连续不断回收，从而实现小球的连续不断撞击，真实地模拟地震波的作用；本技术结构简单容易制作、易操作，测试方法简单、经济、可重复。附图说明图1是本技术一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置的示意图；图2是本技术一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置的左视图(m)和右视图(n)；图3是本技术一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置的俯视图；图中标记为：1-箱体、11-试验箱、12-隧道模型、13-隧道围岩、14-钢球、15-弹簧、16-反力框架、2-水平滑轨机构、21-滑槽、22-竖直加速段、23-弧形加速段、24-水平直线段、25-水平弧形撞击段、5-弧形拐点、26-支架、27-可升降平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置，其特征在于：包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧；所述反力框架的上部、底部、左侧及右侧设有钢板，所述试验箱置于反力框架内，所述试验箱上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧与反力框架的上部、左侧及右侧钢板对应连接；所述的试验箱中间断开分为左盘和右盘两部分；所述试验箱与反力框架底部钢板之间设置有弹簧及可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述试验箱底部外侧和反力框架底部钢板内侧沿左右侧方向设置有对应的用于容纳钢球的滑轨，所述滑轨与弹簧间隔设置；所述反力框架右侧钢板上设有碰撞矩形开口，所述的碰撞矩形开口位于左盘或右盘上；所述滑轨机构包括水平滑轨机构和竖直滑轨机构，所述的水平滑轨机构包括滑槽、支架，所述滑槽分为竖直加速段、弧形加速段、水平直线段和水平弧形撞击段，所述水平弧形撞击段的弧形拐点穿过碰撞矩形开口固连于试验箱右侧壁的形心处；所述滑槽底部设有至少一个用以固定滑槽的支架；所述的竖直滑轨机构包括滑槽、支架，所述滑槽分为竖直加速段、弧形加速段、水平直线段和弧形撞击段，所述弧形撞击段的弧形拐点固连于反力框架底部；所述的滑槽由管道形成，所述滑槽底部设有至少一个用以固定滑槽的支架；所述试验箱前壁上设有观察窗口，所述试验箱内设有隧道模型及模拟隧道围岩的土样，所述隧道模型一端开口朝向观察窗口放置于土样中，所述隧道模型的轴线与试验箱轴线重合。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道遭受平移式断层作用的动力响应测试装置，其特征在于：包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧；所述反力框架的上部、底部、左侧及右侧设有钢板，所述试验箱置于反力框架内，所述试验箱上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧与反力框架的上部、左侧及右侧钢板对应连接；所述的试验箱中间断开分为左盘和右盘两部分；所述试验箱与反力框架底部钢板之间设置有弹簧及可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述试验箱底部外侧和反力框架底部钢板内侧沿左右侧方向设置有对应的用于容纳钢球的滑轨，所述滑轨与弹簧间隔设置；所述反力框架右侧钢板上设有碰撞矩形开口，所述的碰撞矩形开口位于左盘或右盘上；所述滑轨机构包括水平滑轨机构和竖直滑轨机构，所述的水平滑轨机构包括滑槽、支架，所述滑槽分为竖直加速段、弧形加速段、水平直线段和水平弧形撞击段，所述水平弧形撞击段的弧形拐点穿过碰撞矩形开口固连于试验箱右侧壁的形心处；所述滑槽底部设有至少一个用以固定滑槽的支架；所述的竖直滑轨机构包括滑槽、支架，所述滑槽分为竖直加速段、弧形加...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彬，符文熹，张勇，魏玉峰，周洪福，夏敏，柏永岩，文联勇，
申请(专利权)人：四川省地质调查院，四川大学，
类型：新型
国别省市：四川,51