可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置及方法，包括：加载机构，包括前反力梁和后反力梁，前反力梁和后反力梁之间设有多个口型的中间反力梁，中间反力梁的顶部和侧部均及后反力架均设有加载件，前反力梁开设有开挖口，中间反力梁底部设有第一错位驱动件；反力框架：包括多个固定设置在加载机构外周的圈梁；断层滑移机构：包括能够沿开挖口轴线方向滑动且能够竖向运动的门式反力架，门式反力架的侧部和顶部设有第二错位驱动件，本发明专利技术的试验装置能够真实模拟实际工况中隧道所处的三维静动载、多断层双向滑移复合环境。

【技术实现步骤摘要】
可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置及方法
本专利技术涉及试验设备
，具体涉及可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置及方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。隧道工程是交通建设及矿山开采中的重要内容。受工程需要及地理环境影响，隧道建设不可避免地穿越断层、破碎带等不良地质体，在外部高应力作用下，会引起断层局部或整体滑移，对在建或已建成隧道带来重大破坏。同时，构造断裂带往往是地震活动带，隧道滑移同时，往往伴随周围地层震动、施工震动的扰动作用，对隧道结构安全造成极大影响。因此，深入研究隧道在三维静载、动载、断层滑移复合环境中的力学特征，对指导隧道工程实践有着重要的意义。物理模型试验可按照相似理论建立与隧道原型结构相对应的模型结构，在实验室条件下还原结构力学特征全过程，并具有参数可控、过程可重复、观测直观的优点，是研究该难题的重要手段之一。目前，针对复杂应力状态及断层滑移耦合作用下隧道力学特征的物理模型试验，已开展了大量的研究工作，研制了一系列模型试验装置，现状如下：(1)申请号为202010024110.7的中国专利公开了一种不同埋深、不同构造应力下跨断层隧巷道的力学行为特征模拟测试装置及测试方法，装置可以实现了不同埋深、不同构造应力、断层复合错动的复杂工程环境模拟。但专利技术人发现，该装置断层滑移位置固定，且仅可实现模型上部(模拟上覆地层压力)和前部(模拟水平应力)的二维应力加载，无法实现真三维静载、动载应力加载及多断层滑移模拟。<br>(2)申请号为202010024110.7的中国专利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，该装置可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，可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。但专利技术人发现，该装置断层滑移位置固定，且仅可实现模型上部(模拟上覆地层压力)和前部(模拟水平应力)的二维应力加载，无法实现真三维静载、动载应力加载及多断层滑移模拟。综合分析，现有的隧道力学特征物理模拟试验系统具有以下不足：现有试验系统仅可实现二维荷载、单断层双向滑移的耦合环境模拟，且断层位置固定，均无法真实模拟实际工况中隧道所处的三维静动载、多断层双向滑移复合环境以及断层个数、位置的灵活调整。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供了可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，能够实现大尺度模型中隧道所处的三维动静荷载及位置、个数、滑移方向可控的多断层滑移耦合环境模拟。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术的实施例提供了可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，包括：加载机构，包括前反力梁和后反力梁，前反力梁和后反力梁之间设有多个口型的中间反力梁，中间反力梁的顶部和侧部及后反力架均设有加载件，前反力梁开设有开挖口，中间反力梁底部设有第一错位驱动件；反力框架：包括多个固定设置在加载机构外周的圈梁，前反力梁及后反力梁与圈梁贴合；断层滑移机构：包括能够沿开挖口轴线方向滑动且能够竖向运动的门式反力架，门式反力架的侧部和顶部设有第二错位驱动件。进一步的，相邻两个中间反力梁中，其中一个中间反力梁的端面设有导向槽，另一个反力梁端部设有导向件，所述导向件嵌入所述导向槽中，对相邻中间反力梁的相互错位移动进行导向。进一步的，所述导向槽包括多个开设在中间反力梁端面的水平导向槽和竖直导向槽。进一步的，所述导向件包括转动连接的内圈部分和外圈部分，所述内圈部分与中间反力梁端面固定连接，外圈部分嵌入所述导向槽中。进一步的，所述反力框架还包括多个竖梁，圈梁与竖梁固定连接，所述竖梁底端与底梁固定。进一步的，所述门式反力架的侧部设置在圈梁与加载机构之间，顶部设置在加载机构上方，门式反力架底端能够与滑动导轨滑动连接，滑动导轨的两端与固定在反力框架的升降驱动件连接，所述门式反力架与水平驱动件的一端铰接，水平驱动件的另一端与反力框架铰接。进一步的，所述第二错位驱动件连接有错位加载板，通过错位加载板对中间反力梁施加荷载。进一步的，所述门式反力架底部设有滚轮，门式反力架能够通过滚轮与滑动导轨滑动连接。进一步的，所述门式反力架底部设有通孔，通孔内安装有滚轮，所述滑动导轨穿过所述通孔，滚轮能够与滑动导轨接触。第二方面，本专利技术的实施例提供了可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置的工作方法，包括以下步骤：通过中间反力梁、后反力梁设置的加载件对模型体施加荷载；门式反力架升起，并沿开挖口轴线方向运动至设定位置后，门式反力架固定；通过开挖口在模型体中开挖隧洞；通过第一错位驱动件和第二错位驱动件将门式反力架对应的中间反力架推动至设定位置，使被推动的中间反力架与相邻的反力架产生错位，实现试件的断层滑移，并监测模型体的设定的数据。本专利技术的有益效果：1.本专利技术的试验装置，中间反力梁的顶部和侧部及后反力架均设有加载件，能够对模型体施加三维静载、动载，并且相邻中间反力梁能够在断层滑移机构的作用下产生错位，实现模拟模型体的断层滑移，可真实模拟实际工况中隧道所处的三维静动载、多断层双向滑移复合环境。2.本专利技术的试验装置，由于门式反力架能够沿开挖口轴线方向滑动，因此可实现断层个数、断层位置的灵活调整，满足了模拟复杂多变工况环境下的试验需求。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1为本专利技术实施例1整体结构示意图；图2为本专利技术实施例1加载机构结构示意图；图3为本专利技术实施例1中间反力梁结构示意图；图4为本专利技术实施例1反力框架结构示意图；图5为本专利技术实施例1断层滑移机构结构示意图；图6为本专利技术实施例2试验过程示意图一；图7为本专利技术实施例2试验过程示意图二；其中，1.加载机构，1-1.前反力梁，1-2.后反力梁，1-3.中间反力梁，1-4.导向槽，1-5.开挖口，1-6.动静加载油缸，1-7.旋转自适应限位柱，2.反力框架，2-1是竖梁，2-2.圈梁，2-3.底梁，3.断层滑移机构，3-1.滑动导轨，3-2.升降油缸，3-3.前后推拉油缸，3-4.门式反力架，3-5.错位加载板，3-6.第二错位油缸，3-7.滚轮。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，其特征在于，包括：/n加载机构，包括前反力梁和后反力梁，前反力梁和后反力梁之间设有多个口型的中间反力梁，中间反力梁的顶部和侧部及后反力架均设有加载件，前反力梁开设有开挖口，中间反力梁底部设有第一错位驱动件；/n反力框架：包括多个固定设置在加载机构外周的圈梁，前反力梁及后反力梁与圈梁贴合；/n断层滑移机构：包括能够沿开挖口轴线方向滑动且能够竖向运动的门式反力架，门式反力架的侧部和顶部设有第二错位驱动件。/n

【技术特征摘要】
1.可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，其特征在于，包括：
加载机构，包括前反力梁和后反力梁，前反力梁和后反力梁之间设有多个口型的中间反力梁，中间反力梁的顶部和侧部及后反力架均设有加载件，前反力梁开设有开挖口，中间反力梁底部设有第一错位驱动件；
反力框架：包括多个固定设置在加载机构外周的圈梁，前反力梁及后反力梁与圈梁贴合；
断层滑移机构：包括能够沿开挖口轴线方向滑动且能够竖向运动的门式反力架，门式反力架的侧部和顶部设有第二错位驱动件。


2.如权利要求1所述的可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，其特征在于，相邻两个中间反力梁中，其中一个中间反力梁的端面设有导向槽，另一个反力梁端部设有导向件，所述导向件嵌入所述导向槽中，对相邻中间反力梁的相互错位移动进行导向。


3.如权利要求2所述的可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，其特征在于，所述导向槽包括多个开设在中间反力梁端面的水平导向槽和竖直导向槽。


4.如权利要求3所述的可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，其特征在于，所述导向件包括转动连接的内圈部分和外圈部分，所述内圈部分与中间反力梁端面固定连接，外圈部分嵌入所述导向槽中。


5.如权利要求1所述的可模拟断层滑移错断的隧道失稳机理试验装置，其特征在于，所述反力框架还包括多个竖梁，圈梁与竖梁固定连接，所述竖梁底端与底梁固定。


6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汉鹏，张冰，徐飞，邢文彬，章冲，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37