模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法，该装置的模型试验箱包含a箱体和b箱体，a箱体和b箱体拼合成为中空封闭箱体，在拼合位置所述a箱体和所述b箱体可以错动移动，a箱体、b箱体都包含固定板和活动板，模型试验箱外围设置有水平加压系统，水平加压系统可同时对活动板施压，b箱体上方设置可调节荷载的竖向加压设备，b箱体下方固定设置弹性件。一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究装置的使用方法：先启动水平加压系统对活动板加压，再启动竖向加压设备对活动的b箱体加压，加压情况通过传感器实时监控，加压可根据所需调节，该系统能模拟不同地应力场应力下不同断层错动速率对隧道损伤情况。

Experimental equipment and application method for the study of damage mechanism of tunnel caused by simulated active fault

【技术实现步骤摘要】
模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法
本专利技术涉及一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法，模拟隧道工程在不同地应力场下不同断层错动速率对隧道损伤情况进行研究，属于隧道工程领域。
技术介绍
随着经济的快速发展，西部大开发战略的大力推进，大量新兴隧道工程处于规划或建设中，而我国是一个山地面积较大的国家，部分地区地质情况复杂，活动断层分布较为广泛，尤其在西部山地丘陵普遍地区，需要建设大量隧道工程，不可避免的会遇到或穿越活断层等不良地质。断层是指岩层受力断开后，断裂面两侧岩层沿断裂面有明显相对位移的地质构造，一般来说，断层规模越大，受挤压、剪切作用越强烈，破碎带就越宽；它的活动形式分为粘滑和蠕滑，由于粘滑是快速破裂的运动，对地下工程的破坏能直接表现出来；而蠕滑运动相对时间长，运动缓慢，对地下工程的破坏被认为不严重，没有多少人重视。最新研究表明，在高速运动下，依然可以使得断层从稳定蠕滑运动转变为瞬间的地震滑移，不得不引起重视。现有断层模型箱研究主要针对断层错动方式、断层倾角、错动距离、隧道洞径大小等方面，缺乏地应力场变化和不同断层错动速率方面的研究，针对这一现象，研究对断层地应力场变化和不同断层错动速率对隧道损伤机理研究的试验模型系统，有助于丰富研究断层蠕滑效应下对隧道的影响研究，对今后隧道跨断层区的设计施工有借鉴意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是弥补现有技术存在的空白项，提供一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法，以实现隧道工程在不同地应力场下不同断层错动速率对隧道损伤情况的模拟。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置：模型试验箱包含a箱体和b箱体，所述a箱体和所述b箱体拼合成为中空封闭箱体，在拼合位置所述a箱体和所述b箱体可以错动移动；所述a箱体、所述b箱体都包含固定板和活动板；所述模型试验箱外围设置有水平加压系统，水平加压系统同时对所述活动板施压且压力可调节；所述b箱体上方设置可调节荷载的竖向加压设备；所述b箱体下方固定设置弹性件。在上述模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置中，试验模型箱采用封闭结构，a箱体、b箱体包含活动板，在水平加压系统工作时，通过活动板给围岩相似材料施压，避免围岩模拟材料从缝隙挤压出，提供可靠的围压，水平加压系统向活动板施加荷载，使模型试验箱内部得到均匀分布的应力，可模拟不同地应力场的变化。b箱体下方设置弹性件，b箱体上方设置可调节荷载的竖向加压设备，竖向加压设备给b箱体上方施加压力，使b箱体按设定的位移速度移动，即模拟出断层发生斜向错动，并能模拟断层不同的错动速率。a箱体包括固定拼接的固定板a上板、a侧板、a底板和活动设置的活动板a前板、a后板，a上板和a侧板之间、a底板和a侧板之间固定形成“匚”形，a侧板垂直于a上板和a底板，a上板和a底板相平行，a前板同时垂直于a上板、a侧板，a前板和a后板相互平行，a前板和a后板三个边缘紧贴“匚”形结构内侧，a前板、a后板可在a上板、a侧板、a底板围成的“匚”形区域内前后移动；b箱体包括固定拼接的固定板b上板、b侧板、b底板和活动设置的活动板b前板、b后板，b上板和b侧板之间、b底板和b侧板之间固定形成“匚”形，b侧板垂直于b上板和b底板，b上板和b底板相平行，b前板同时垂直于b上板、b侧板，b前板和b后板相互平行，b前板和b后板三个边缘紧贴“匚”形结构内侧，b前板、b后板可在b上板、b侧板、b底板围成的“匚”形区域内前后移动；a箱体和b箱体之间组合部分断层面为倾斜的平面，且这个平面垂直于b前板、a前板。弹性件为弹簧矩阵，弹簧矩阵可以提供均匀的支撑效果，还有很好的形变能力及复位能力。a箱体下方有与弹性件高度相同的底座，底座与弹性件保持同水平固定在水平支撑物上；水平支撑物为固定底板或者水平地面；水平加压系统，包括上角钢、前角钢、下角钢、后角钢、加压装置；上角钢固定于a上板、b上板；下角钢固定于a底板、b底板；前角钢与上角钢、下角钢固定连接呈口字型，内侧紧靠加压装置前端；后角钢分别紧贴a前板、a后板、b前板、b后板并固定，加压装置底部紧贴后角钢；前角钢与后角钢之间放置两台加压装置。在上述模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置中，试验模型箱外围箱体上固定支架，使用加压装置以固定支架作为支撑，给活动板以反作用力，形成水平加压系统。这样设计节省成本，试验设备易整体搬运。b箱体和加压装置配有位移传感器，b箱体与竖向加压设备之间配有荷重传感器，加压装置与后角钢之间配有荷重传感器，使用荷重传感器和位移传感器能够获得直观可靠的数据。前角钢与后角钢之间加压装置为千斤顶。b箱体上方可调节荷载的竖向加压设备为2000KN四柱反力支架。本专利技术还提供了一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置的使用方法，该方法包括以下步骤:a.根据试验条件确定试验相似比，配出模型试验材料，制作出隧道模型，将隧道模型按设定的位置固定在模型试验箱内，然后用围岩的相似材料填充；b.开启水平加压系统，给模型试验箱箱各活动板施加相同压力，模拟地应力场；c.启动竖向加压设备，根据不同需求给b箱体施加荷载，使b箱体震荡移动；d.加压的同时，通过位移传感器实时监测b箱体的位移，使其按预定的位移速度加载，通过荷重传感器实时监测活动的b箱体受到的荷载数据，取出隧道模型得出隧道模型破坏情况，分析不同地应力场下不同断层错动速率对隧道的破坏机理、判断隧道损伤阙值以及模拟不同抗错断措施的效果，为隧道的设计与施工提供更全面、更可靠的试验数据。与现有技术相比，本专利技术提供的装置和方法有益效果如下：1、根据试验条件确定试验相似比，配出模型试验材料，制作出隧道模型，将隧道模型按设定的位置固定在模型试验箱内，然后用围岩的相似材料填充；试验模型箱采用封闭结构，避免围岩模拟材料从缝隙挤压出，a箱体、b箱体包含活动板和固定板，开启水平加压系统，通过活动板给围岩相似材料施压，给模型试验箱箱各活动板施加相同压力，模拟不同地应力场的变化，提供可靠的均匀分布的地应力场；b箱体下方设置弹性件，b箱体上方设置可调节荷载的竖向加压设备，启动竖向加压设备，根据不同需求给b箱体施加荷载，使b箱体震荡移动；加压的同时，通过位移传感器实时监测b箱体的位移，使其按预定的位移速度加载，通过荷重传感器实时监测活动的b箱体受到的荷载数据，取出隧道模型得出隧道模型破坏情况，分析不同地应力场下不同断层错动速率对隧道的破坏机理、判断隧道损伤阙值以及模拟不同抗错断措施的效果，为隧道的设计与施工提供更全面、更可靠的试验数据。2、弹簧矩阵可以提供均匀的支撑效果，还有很好的形变能力及复位能力。3、试验模型箱外围箱体上固定支架，使用加压装置以固定支架作为支撑，给与活动板以反作用力，形成水平加压系统。这样设计节省成本，试验设备易整体搬运。附图说明图1为本专利技术的立体结构示意图。图2为本专利技术的后视结构示意图。图3为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置，其特征在于：/n模型试验箱包含a箱体(100)和b箱体(200)，所述a箱体(100)和所述b箱体(200)拼合成为中空封闭箱体，在拼合位置所述a箱体(100)和所述b箱体(200)可以错动移动；所述a箱体(100)、所述b箱体(200)都包含固定板和活动板；所述模型试验箱外围设置有水平加压系统，水平加压系统同时对所述活动板施压且压力可调节；所述b箱体(200)上方设置可调节荷载的竖向加压设备(900)；所述b箱体(200)下方固定设置弹性件(601)。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置，其特征在于：
模型试验箱包含a箱体(100)和b箱体(200)，所述a箱体(100)和所述b箱体(200)拼合成为中空封闭箱体，在拼合位置所述a箱体(100)和所述b箱体(200)可以错动移动；所述a箱体(100)、所述b箱体(200)都包含固定板和活动板；所述模型试验箱外围设置有水平加压系统，水平加压系统同时对所述活动板施压且压力可调节；所述b箱体(200)上方设置可调节荷载的竖向加压设备(900)；所述b箱体(200)下方固定设置弹性件(601)。


2.根据权利要求1所述的模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置，其特征在于：
所述a箱体(100)包括固定拼接的固定板a上板(101)、a侧板(103)、a底板(104)和活动设置的活动板a前板(102)、a后板(105)，所述a上板(101)和所述a侧板(103)之间、所述a底板(104)和所述a侧板(103)之间固定形成“匚”形，所述a侧板(103)垂直于所述a上板(101)和所述a底板(104)，所述a上板(101)和所述a底板(104)相平行，所述a前板(102)同时垂直于所述a上板(101)、所述a侧板(103)，所述a前板(102)和所述a后板(105)相互平行，所述a前板(102)和所述a后板(105)三个边缘紧贴“匚”形结构内侧，所述a前板(102)、所述a后板(105)可在所述a上板(101)、所述a侧板(103)、所述a底板(104)围成的“匚”形区域内前后移动；
所述b箱体(200)包括固定拼接的固定板b上板(201)、b侧板(203)、b底板(204)和活动设置的活动板b前板(202)、b后板(205)，所述b上板(201)和所述b侧板(203)之间、所述b底板(204)和所述b侧板(203)之间固定形成“匚”形，所述b侧板(203)垂直于所述b上板(201)和所述b底板(204)，所述b上板(201)和所述b底板(204)相平行，所述b前板(202)同时垂直于所述b上板(201)、所述b侧板(203)，所述b前板(202)和所述b后板(205)相互平行，所述b前板(202)和所述b后板(205)三个边缘紧贴“匚”形结构内侧，所述b前板(202)、所述b后板(205)可在所述b上板(201)、所述b侧板(203)、所述b底板(204)围成的“匚”形区域内前后移动；
所述a箱体(100)和所述b箱体(200)之间组合部分断层面(801)为倾斜的平面，且这个平面垂直于所述b前板(202)、a前板(102)。


3.根据权利要求2所述的模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置，其特征在于：
所述水平加压系统，包括上角钢(301)、前角钢(302)、下角钢(303)、后角钢(304)、加压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，刘成亮，郭子红，邹祖银，郭晓丹，余龙，黄河，刘智，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：四川;51