一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法，该装置包括：活动模型件，用于模拟断层活动盘；固定模型件，用于模拟断层固定盘；设置在活动模型件的底部的第一平移装置，包括第一驱动装置和第一导轨，第一驱动装置用于驱动活动模型件在第一导轨上平移；第二驱动装置，设置在第一平移件的下部，用于升降第一平移装置和活动模型件；设置在活动模型件上的第一连接件和设置在固定模型件的第二连接件，第一连接件和第二连接件之间设置有第二导轨，用于活动模型件和第一连接件沿着第二导轨运动。本发明专利技术实现了不同类型、不同倾角断层错动下隧道的动力响应模拟，有利于穿越断层隧道的破坏机理与抗断错设计研究。

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法
本专利技术涉及断层错动下的隧道模拟领域，特别涉及一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法。
技术介绍
随着我国交通运输事业的迅速发展，交通基础设施建设的重点将逐渐由东南沿海向中部、西北和西南山区转移。而西南山区受印度洋板块与欧亚板块碰撞影响，高山河谷切割剧烈、岩体破碎，活动断裂密集展布。在交通基础设施的修建过程中，特别是中长隧道，不可避免的会穿越大量活动断层，而活动断层的缓慢错动将会对隧道围岩的稳定性产生严重影响，将会导致隧道结构发生剪切破坏。例如美国的圣安德雷斯断层错动导致2座铁路隧道被毁；Sylmar断层发生错动致使圣佛那多隧道发生位移和错位，隧道衬砌产生大量裂缝；日本的单那山断层错动致使正在施工的单那山隧道被毁；我国汶川大地震造成四川境内300余座隧道不同程度的损坏。由于断层错动对隧道结构的破坏具有一定的偶然性和时间性，通过现场试验手段进行研究是十分困难的。而采用数值模拟方法研究断层错动作用下隧道结构的动力响应，同样需要大量的试验数据对数值模拟结果进行验证。因此，采用模型试验研究断层错动下隧道的动力响应是最为有效研究方法。断层是地壳受力发生断裂，沿断裂面两侧岩块发生的显著相对位移的构造，根据断层错动方式的不同，常见的断层类型大致分为正断层、逆断层、走滑断层以及走滑与逆冲耦合断层四类。然而，现有的断层错动下隧道破坏模拟试验装置及方法均以单一工况为基础，只考虑断层单一的错动方式和固定的断层倾角，不能模拟断层多种错动方式，且固定的断层倾角使得试验装置及方法适应性较差，不能为穿越断层隧道的破坏机理与抗断错设计研究提供支撑。
技术实现思路
为解决上述至少一个技术问题，本说明书实施例提供了一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法。一方面，本说明书实施例提供的一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，包括：活动模型件，用于模拟断层活动盘；固定模型件，用于模拟断层固定盘；设置在所述活动模型件的底部的第一平移装置，包括第一驱动装置和第一导轨，所述第一驱动装置用于驱动所述活动模型件在所述第一导轨上平移；第二驱动装置，设置在所述第一平移件的下部，用于升降所述第一平移装置和所述活动模型件；设置在所述活动模型件上的第一连接件和设置在所述固定模型件的第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件之间设置有第二导轨，用于所述活动模型件和所述第一连接件沿着所述第二导轨运动。进一步地，还包括，第三驱动装置和用于支撑所述固定模型件的固定模型件支架；所述活动模型件和所述固定模型件的底部分别设置有第一活动底板和第二活动底板；所述第三驱动装置的一端与所述第二活动底板刚性连接，所述第三驱动装置的另一端与所述固定模型件支架刚性连接；所述第三驱动装置用于驱动所述第二活动底板滑动，进而带动所述第一活动底板滑动和所述第二连接件转动。另一方面，本说明书实施例提供的一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的方法，包括：基于实际工程中的包括隧道参数、围岩参数、断层参数在内的物理参数，基于相似理论建立相似体系，所述相似体系用于建立上述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置以及获取所述动力响应的指标；基于断层实际倾角角度和三角函数原理，计算所述角度调节液压杆的伸长量，并控制所述角度调节液压杆伸长至所述伸长量，以推动所述第二活动底板滑动，并由所述第二活动底板带动所述第一活动底板滑动和所述第二倾角调节圆盘转动，当所述第二倾角调节圆盘与所述第一倾角调节圆盘的错动缝角度与要模拟的断层实际倾角相一致时，在角度固定槽设置固定螺栓；基于所述相似体系，确定围岩、隧道材料配比，配制围岩相似材料，预制隧道衬砌结构模型，将所述围岩相似材料分层铺设于所述装置内，在安装数据采集传感器后，继续填筑上部围岩材料；基于相似理论对正断层实际错动速度进行处理，基于相似化后的正断层错动速率，控制所述液压顶升杆均匀收缩，带动所述活动模型箱沿所述圆盘平移导轨下降，模拟正断层错动下隧道的动力响应；基于相似理论对逆冲断层实际错动速度进行处理，基于相似化后的逆冲断层错动速率，控制所述液压顶升杆均匀伸长，带动所述活动模型箱沿所述圆盘平移导轨抬升，模拟逆冲断层错动下隧道的动力响应。进一步地，基于相似理论对走滑断层实际错动速度进行处理，基于相似化后的走滑断层错动速率，控制所述液压平移杆均匀伸长，带动所述活动模型箱沿所述平移导轨移动，模拟走滑断层错动下隧道的动力响应。进一步地，基于相似理论对走滑与逆冲耦合断层的实际错动速度进行处理，基于相似化后的走滑断层错动速率与逆冲断层错动速率，分别控制所述液压顶升杆和所述液压平移杆均匀伸长，带动所述活动模型箱抬升，模拟走滑与逆冲耦合断层错动下隧道的动力响应。由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本专利技术实施例通过液压顶升杆和/或液压平移杆控制活动模型箱相对于固定模型箱顶升、平移以及顶升与平移耦合运动，模拟正断层、逆断层、走滑断层以及走滑与逆冲耦合断层等不同类型的断层错动；通过控制倾角调节圆盘以及液压顶升杆的角度调节底座的角度，模拟45°至90°之间任意的断层倾角。此外，还可以测试正断层、逆断层、走滑断层以及走滑与逆冲耦合断层错动过程中隧道结构的动力响应，本说明书实施例解决了现有断层错动隧道破坏模拟装置只能够模拟断层单一错动方式和固定的断层倾角等问题，实现了不同类型、不同倾角断层错动下隧道的动力响应模拟，有利于穿越断层隧道的破坏机理与抗断错设计研究。附图说明图1为本说明书一些实施例的用于模拟断层倾角90°时隧道动力响应的装置的正视图。图2为本说明书一些实施例的用于模拟断层倾角90°时隧道动力响应的装置的侧视图。图3为本说明书一些实施例的用于模拟断层倾角45°时隧道动力响应的装置的正视图。图4为本说明书一些实施例的用于模拟断层倾角45°时模拟断层逆冲与走滑耦合错动的正视图。图5为本说明书一些实施例的用于模拟断层倾角45°时模拟断层逆冲与走滑耦合错动的侧视图。图6是本说明书一些实施例的倾角调节圆盘和活动底板的立体结构示意图。图7是本说明书一些实施例的液压顶升杆和角度调节底座的立体结构示意图。图8是本说明书一些实施例的活动模型箱和倾角调节圆盘的转动导轨的立体结构示意图。图9是本说明书一些实施例的液压平移杆和平移导轨的立体结构示意图。图10是本说明书一些实施例的角度调节液压杆的立体结构示意图。图11是本说明书一些实施例的用于模拟断层错动下隧道动力响应的方法的流程图。图12是本说明书一些实施例的用于模拟断层错动下隧道动力响应的方法的另一种流程图。图13是本说明书一些实施例的用于模拟断层错动下隧道动力响应的方法的再一种流程图。附图说明：1、活动模型件；2、固定模型件；3、第二驱动装置；4、第一底座；5、第一驱动装置；6、第一导轨；7、第一连接件；8、第二导轨；9、角度固定槽；10、第一转动导轨；11、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于，包括：/n活动模型件，用于模拟断层活动盘；/n固定模型件，用于模拟断层固定盘；/n设置在所述活动模型件的底部的第一平移装置，包括第一驱动装置和第一导轨，所述第一驱动装置用于驱动所述活动模型件在所述第一导轨上平移；/n第二驱动装置，设置在所述第一平移件的下部，用于升降所述第一平移装置和所述活动模型件；/n设置在所述活动模型件上的第一连接件和设置在所述固定模型件的第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件之间设置有第二导轨，用于所述活动模型件和所述第一连接件沿着所述第二导轨运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于，包括：
活动模型件，用于模拟断层活动盘；
固定模型件，用于模拟断层固定盘；
设置在所述活动模型件的底部的第一平移装置，包括第一驱动装置和第一导轨，所述第一驱动装置用于驱动所述活动模型件在所述第一导轨上平移；
第二驱动装置，设置在所述第一平移件的下部，用于升降所述第一平移装置和所述活动模型件；
设置在所述活动模型件上的第一连接件和设置在所述固定模型件的第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件之间设置有第二导轨，用于所述活动模型件和所述第一连接件沿着所述第二导轨运动。


2.根据权利要求1所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于：
所述第一驱动装置的一端与所述活动模型件的底部刚性连接，且与第一钢板滑动连接，所述第一驱动装置的另一端与所述第一钢板刚性连接，且与所述活动模型件的底部滑动连接；
所述第一钢板设置在所述第二驱动装置和所述第一驱动装置之间；
所述第一导轨设置在所述第一钢板上。


3.根据权利要求1所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于，还包括：
第三驱动装置和用于支撑所述固定模型件的固定模型件支架；
所述活动模型件和所述固定模型件的底部分别设置有第一活动底板和第二活动底板；
所述第三驱动装置的一端与所述第二活动底板刚性连接，所述第三驱动装置的另一端与所述固定模型件支架刚性连接；
所述第三驱动装置用于驱动所述第二活动底板滑动，进而带动所述第一活动底板滑动和所述第二连接件转动。


4.根据权利要求1所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于：
所述活动模型件内侧固设有第一转动导轨，以使所述第一连接件沿所述第一转动导轨转动；
所述固定模型件内侧固设有第二转动导轨，以使所述第二连接件沿所述第二转动导轨转动；
所述第二驱动装置的顶部与所述第一钢板的底部通过轴承连接，所述第二驱动装置的底部设置在第三导轨上，所述第三导轨设置在第一底座上；
所述第一连接件随所述第二连接件的转动而转动。


5.根据权利要求1所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于，所述用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置还包括：
固定螺栓和设置在所述第一连接件和所述第二连接件上的角度固定槽，所述角度固定槽和所述固定螺栓相匹配，用于定位所述第一连接件和所述第二连接件的转动角度。


6.根据权利要求1所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于，所述用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置还包括：
支撑所述第一连接件和所述第二连接件的连接件支架；
支撑所述用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置的第二底座。


7.根据权利要求6所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于：
所述用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置焊接于所述第二底座上。


8.根据权利要求4至7任一所述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，其特征在于：
所述活动模型件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长卫，张良，瞿立明，刘阳，马素健，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51