一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置，包括模型箱，模型箱包括被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架，被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架的顶部均布置顶部地应力加载单元；被动模型箱结构框架的第一侧部与主动模型箱结构框架的第一侧部相贴合，被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架的第二至第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架底侧设置模型箱底部固定钢板，本发明专利技术有效改进了地应力加载的均匀性，保证错断过程中围压恒定，并可以考虑走滑型断层和倾滑型断层的耦合错断。具有积极的应用价值。

A kind of constant pressure servo in-situ stress loading tunnel fault resistance test device

【技术实现步骤摘要】
一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置
本专利技术属于隧道模型试验装置
，具体涉及一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置。
技术介绍
对于我国西部强震区拟建的隧道工程，特别是长大隧道而言，往往不可避免的穿越位于西部地区的复杂不良地质区段，接近或跨越地震活动断裂带。长大隧道作为国家重大基建项目的关键性组成部分，在保障国家资源安全、促进社会经济发展方面作用巨大，是国家战略和生命线工程的重要基础设施。历次强震事件中的错断破坏历史案例，凸显了开展隧道抗错断研究的重要性，也为研究的开展提供了基础性资料和重点突破方向。研究剖析不同机制的断层条件下跨断层隧道的错断变形模式与破坏机理，有助于提升我国西部重大隧道工程的抗错断设计理论水平，是保障国家重大生命线工程安全运行与全寿命周期的重要前提。在针对活动断裂错动引起的岩体-隧洞变形破坏过程分析方法中，由于实际观测资料的缺乏，研究过程中多采用试验模拟与数值分析方法开展研究。而模型试验相对数值模拟等手段来说，更形象直观，可以直接反应隧道围岩的工程地质特征并直接考虑围岩-隧道的相互作用，这些特点使得模型试验在研究中具有必不可少的关键地位。断层的类型可以按照其运动方式分为走滑断层和倾滑型断层。走滑断层的等震线通常对称分布于发震断层的两侧。其发震时破坏规模大，长度通常为数十公里甚至数百公里，宽度以数十米常见，整体来看呈狭长形状。倾滑型断层包括正断层和逆断层，两者产生的震害，在类型、力学性质及分布位置上基本相似。所产生的地面灾害一般情况下均为面状，主要表现为大面积跨山、滑坡、地面沉陷、砂土液化及松散堆积物上散布的张性，张扭性裂缝。其除此之外，断层还有可能兼具走滑型断层和倾滑型断层的性质，可称之为走倾兼备型。同时，这些穿越活动活动断裂的隧道，埋深多数较大，带来的问题是初始地应力的影响不可忽视，初始地应力的方向、量值和分布形式是影响隧道等地下工程围岩应力、变形和破坏模式的重要因素之一。也是工程合理设计施工所需要的重要依据之一。目前，在已有的可以考虑地应力的活断层错断模型试验装置中：中国专利授权公告号CN104809947B，授权公告日2017.7.21，专利技术名称为《一种可施加三轴应力的穿越活动断裂带隧道错动破坏的模型试验装置》，该专利技术设计了一种可以在顶部施加地应力并进行走滑(水平)向错动加载的模型试验装置。中国专利授权公告号CN105067438B，授权公告日2017.10.27，专利技术名称为《一种可加压走滑断层错动模拟装置及模拟实验方法》，该专利技术设计了一种可以一定施加三维地应力并进行水平向错动加载的模型试验装置。中国专利授权公告号CN105223081B，授权公告日2018.3.16，专利技术名称为《地应力效应下活动断裂带错动位移分布模型试验装置》，该本专利技术设计了一种地应力效应下活动断裂带错动位移分布模型试验装置。中国专利授权公告号CN106198191B，授权公告日2018.11.20，专利技术名称为《一种可以考虑走滑型断层的隧道抗错断模型试验装置》，该专利技术设计了可以模拟走倾兼备型断层错动的隧道抗错断模型试验装置。已有的设计一定程度上对考虑地应力条件下隧道的错断剪切模型试验进行了探索，但尚存在以下两点重要不足尚待改进：1.地应力围压加载不均匀现有部分试验装置中，采用顶部或侧面布置千斤顶顶推钢板对围岩相似材料施加压力，这种加压方式可以一定程度施加地应力，但受内部围岩相似材料应力再平衡影响，效果较差。同时，在加载过程中，通常对于模型箱一侧，采用单个加载板加载，适应能力差，继而导致地应力加载效果较差。2.地应力加载后剪切过程中不能维持恒定围压现有试验装置中，地应力围压加载系统与错断加载系统不解耦，使得在错断加载过程中，加载系统仅能保证错断加载，不能适应在错断过程中不停变形的围岩相似材料，使得剪切过程中相似材料内部的压力不能通过伺服保证为所要求的围压量值。3.不能同时考虑走滑型断层和倾滑型断层的耦合错断已有的试验装置中，多仅能考虑走滑型断层(水平)或倾滑型断层(竖直)的单向加载，不能考虑两个错断方向的耦合作用。而现实中，活动断层总是不同程度的同时具有走滑或倾滑趋势的，现有的单向加载方式不能正确的反应真实活动断层作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，克服以往的隧道抗错断试验装置的缺点和不足，针对以往的隧道抗错断试验装置地应力加载不均匀、不能伺服恒压、不能模拟走滑型断层和倾滑型断层的耦合错断的现状，提供一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置。有效改进了地应力加载的均匀性，保证错断过程中围压恒定，并可以考虑走滑型断层和倾滑型断层的耦合错断。具有积极的应用价值。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置，包括模型箱，模型箱包括被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架，被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架的顶部均布置顶部地应力加载单元；被动模型箱结构框架周向依次分别为第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部，主动模型箱结构框架周向依次分别为第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部；被动模型箱结构框架的第一侧部与主动模型箱结构框架的第一侧部相贴合，被动模型箱结构框架的第二侧部、第三侧部和第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；被动模型箱结构框架底侧设置模型箱底部固定钢板；主动模型箱结构框架的第二侧部、第三侧部和第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；主动模型箱结构框架的底部设置模型箱底部固定钢板。如上所述的侧部地应力加载单元包括：侧部地应力加载板、侧部地应力伺服千斤顶和地应力支撑支架，被动模型箱结构框架侧部的地应力支撑支架与被动模型箱结构框架相连，主动模型箱结构框架侧部的地应力支撑支架与主动模型箱结构框架相连，侧部地应力伺服千斤顶的固定部与地应力支撑支架连接,侧部地应力伺服千斤顶的伸缩部与侧部地应力加载板连接。如上所述的被动模型箱结构框架的第二侧部和第四侧部的侧部地应力加载单元的地应力支撑支架均通过支撑轴与反力框架相连，被动模型箱结构框架底部的模型箱底部固定钢板通过支撑轴与地面相连；主动模型箱结构框架的第二侧部和第四侧部的侧部地应力加载单元的地应力支撑支架均与对应的走滑向剪切千斤顶的固定部连接，走滑向剪切千斤顶的伸缩部与对应的滚珠支撑小车连接，主动模型箱结构框架的第三侧部的侧部地应力加载单元的地应力支撑支架与滚珠支撑小车连接，主动模型箱结构框架的侧部的滚珠支撑小车与反力框架相抵；主动模型箱结构框架的底部设置模型箱底部固定钢板，倾滑向剪切千斤顶的固定部与滚珠支撑小车连接，倾滑向剪切千斤顶的伸缩部与主动模型箱结构框架的底部的模型箱底部固定钢板连接，主动模型箱结构框架的底部的滚珠支撑小车支撑于地面。如上所述的顶部地应力加载单元包括顶部地应力加载板、顶部地应力伺服千斤顶和顶部加载支架，顶部地应力伺服千斤顶的固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置，包括模型箱(1)，其特征在于，模型箱(1)包括被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架，/n被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架的顶部均布置顶部地应力加载单元；/n被动模型箱结构框架周向依次分别为第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部，主动模型箱结构框架周向依次分别为第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部；/n被动模型箱结构框架的第一侧部与主动模型箱结构框架的第一侧部相贴合，/n被动模型箱结构框架的第二侧部、第三侧部和第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；/n被动模型箱结构框架底侧设置模型箱底部固定钢板(112)；/n主动模型箱结构框架的第二侧部、第三侧部和第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；/n主动模型箱结构框架的底部设置模型箱底部固定钢板(112)。/n

【技术特征摘要】
1.一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置，包括模型箱(1)，其特征在于，模型箱(1)包括被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架，
被动模型箱结构框架和主动模型箱结构框架的顶部均布置顶部地应力加载单元；
被动模型箱结构框架周向依次分别为第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部，主动模型箱结构框架周向依次分别为第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部；
被动模型箱结构框架的第一侧部与主动模型箱结构框架的第一侧部相贴合，
被动模型箱结构框架的第二侧部、第三侧部和第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；
被动模型箱结构框架底侧设置模型箱底部固定钢板(112)；
主动模型箱结构框架的第二侧部、第三侧部和第四侧部均设置有侧部地应力加载单元；
主动模型箱结构框架的底部设置模型箱底部固定钢板(112)。


2.根据权利要求1所述的一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置，其特征在于，所述的侧部地应力加载单元包括：侧部地应力加载板(1071)、侧部地应力伺服千斤顶(1021)和地应力支撑支架(106)，
被动模型箱结构框架侧部的地应力支撑支架(106)与被动模型箱结构框架相连，主动模型箱结构框架侧部的地应力支撑支架(106)与主动模型箱结构框架相连，
侧部地应力伺服千斤顶(1021)的固定部与地应力支撑支架(106)连接,侧部地应力伺服千斤顶(1021)的伸缩部与侧部地应力加载板(1071)连接。


3.根据权利要求1所述的一种恒压伺服地应力加载隧道抗错断试验装置，其特征在于，所述的被动模型箱结构框架的第二侧部和第四侧部的侧部地应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔臻，盛谦，马亚丽娜，周光新，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42