断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置及方法，所述装置包括固定盘模型箱、错动盘模型箱、竖向加压组件、层状剪切组件、振动台加载装置。土体和隧道模型设置在固定盘模型箱、错动盘模型箱内并穿过层状剪切组件；固定盘模型箱与刚性地面牢固连接，错动盘模型箱可以沿水平方向移动；层状剪切组件共设置11层，层间设置轴承用于发生错动位移，层间设置插销孔用于限制发生错动位移，中间三层为75

【技术实现步骤摘要】
断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，尤其是涉及一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]国内外对于地震震时断层的错动模式和穿越活动断层隧道灾变机理的认识还较为浅显，国内现行规范仍以避让断层为主，尚未对于穿断层隧道工程形成系统性的设计指导。模型试验能够有效控制试验条件和试验过程，再现断层错动，成为获取相关数据的重要手段之一。目前，断层错动模拟装置大多采用千斤顶沿固定角度对错动盘进行加载，这种加载方式无法有效模拟断层破碎带内部位移分布模式，同时，大多数走滑断层错动模拟试验装置只能模拟特定工况(如确定的断层带宽度、倾角等)，针对每一种工程情况都研制一套试验装置代价巨大，因此需要一个具有一定程度通用性的试验装置用以研究走滑断层错动对地下结构的影响。
[0003]中国专利CN202211645721.9公开了一种错动式断层模拟试验系统及方法，涉及岩土工程
所述系统包括底座及设置于底座上的第一模型箱、第二模型箱，所述第一模型箱和第二模型箱相对一侧开口并可拼接为上部开口的箱体结构；还包括第一驱动件和第二驱动件；第一驱动件与第一模型箱连接，用于驱使第一模型箱相对于第二模型箱水平横向位移以模拟走滑断层；第二驱动件与第二模型箱连接，用于驱使第二模型箱相对于第一模型箱竖直位移以模拟倾滑断层。所述方法应用于该系统。该专利能更为真实地模拟地震作用下断层滑动的动力行为，可模拟走滑断层与倾滑断层以及两者的耦合作用，解决了常规振动台模型箱不能模拟断层滑动或只能模拟单一方向滑动的问题，但该专利自带加载装置，使得该专利是拟静力加载，拟静力加载只能用于模拟断层滑错来研究对隧道的影响，并不能完全真实的反映持续输入地震动对隧道的影响，同时该专利所能选用的角度有限，也不能模拟断层破碎带在断层滑错中的作用，在实际工程应用上具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置及方法，用于探究走滑断层错动作用对隧道结构影响，本专利技术构造简单、制作和维护费用低，通过插入插销的方式可以改变断层宽度，通过对中间三层的拼装替换，可以改变断层破碎带的倾角，试验装置简单易操作，通用性强，试验方法简单易实现，层状剪切组件能够有效的根据具体工况模拟走滑断层错动过程。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置，利用土体和隧道模型在走滑断层错动模拟装置内设置所需要模拟的断层，包括固定盘模型箱、错动盘模型箱、竖向加压组件和层状剪切组件，
[0007]所述层状剪切组件一端与固定盘模型箱相连，所述层状剪切组件另一端与错动盘
模型箱相连，所述固定盘模型箱和错动盘模型箱内均设有竖向加压组件，土体和隧道模型设置在固定盘模型箱、错动盘模型箱内并穿过层状剪切组件，所述竖向加压组件用于对固定盘模型箱和错动盘模型箱内的土体和隧道模型施加竖向压力；
[0008]所述层状剪切组件包括第一层状剪切箱和第二层状剪切箱，所述第一层状剪切箱分别与固定盘模型箱或错动盘模型箱相接，所述第一层状剪切箱用于模拟断层的宽度，所述第二层状剪切箱两端均设有第一层状剪切箱，所述第二层状剪切箱的角度可调，所述第二层状剪切箱用于模拟断层的倾角。
[0009]进一步地，所述走滑断层错动模拟装置还包括振动台，所述固定盘模型箱与刚性地面牢固连接，所述错动盘模型箱固定于振动台上方，通过控制振动台地震波的输入使错动盘模型箱沿振动台振动方向(振动方向为平行于地面的水平方向)发生运动，从而带动第一层状剪切箱和第二层状剪切箱沿水平方向发生错动。
[0010]进一步地，将固定盘模型箱和错动盘模型箱分别固定于不同的振动台上方，以此来研究在动力荷载作用下隧道的动力响应。
[0011]进一步地，所述固定盘模型箱和错动盘模型箱均包括箱体，所述箱体由五个封闭面和一个开口面组成，所述开口面位于固定盘模型箱和错动盘模型箱的相对面，所述第一层状剪切箱通过开口面分别与固定盘模型箱和错动盘模型箱相接，所述竖向加压组件设于箱体的上下封闭面上。
[0012]上述更进一步地，所述箱体由开口式的高强度钢墙面焊接而成。
[0013]上述更进一步地，所述固定盘模型箱和错动盘模型箱还包括转轴、门栓和刚性格栅，所述箱体的前后封闭面上设有刚性格栅，所述箱体的侧封闭面上设有门栓，所述箱体的侧封闭面与后封闭面相连处设有转轴，
[0014]所述刚性格栅用于增加固定盘模型箱或错动盘模型箱沿水平方向抵抗错动的刚度。
[0015]上述更进一步地，所述竖向加压组件包括金属把手、金属板、传力十字网格架和传力金属轴，所述传力金属轴的上端穿过箱体的上封闭面与金属把手相连，所述传力金属轴下端与传力十字网格架相连，所述传力十字网格架下端设有金属板，所述金属板设于固定盘模型箱或错动盘模型箱内，所述金属板与固定盘模型箱或错动盘模型箱内的土体和隧道模型相接，旋转金属把手通过传力金属轴将压力传递至传力十字网格架，传力十字网格架把压力均匀的传递给金属板，金属板将压力施加在土体和隧道模型上部。
[0016]进一步地，所述层状剪切组件共设置11层，三个所述第二层状剪切箱两端各设置四个第一层状剪切箱，相邻第一层状剪切箱之间设有定向轴承，相邻第二层状剪切箱之间设有定向轴承，所述第一层状剪切箱和第二层状剪切箱、固定盘模型箱或错动盘模型箱之间通过定向轴承连接，所述定向轴承用于发生错动位移，通过错动盘模型箱带动层状剪切组件沿着定向轴承的排列方向产生错动。
[0017]进一步地，所述第一层状剪切箱顶端设有制动栓，相邻制动栓之间通过插入插销使得相邻第一层状剪切箱保持同步，进而限制发生错动位移，从而实现断层破碎带宽度的改变。
[0018]进一步地，所述第一层状剪切箱和第二层状剪切箱由四个相连的开口式高强度钢墙面焊接而成。
[0019]上述更进一步地，三个所述第二层状剪切箱均为带切面的矩形剪切箱，所述切面上设有定向轴承，所述定向轴承用于使三个第二层状剪切箱在水平面上可以沿着不同角度发生错动。
[0020]上述更进一步地，三个所述第二层状剪切箱的角度为60
°
～90
°
，可根据试验要求预制中间三层角度并直接替换，从而实现断层破碎带角度的改变。
[0021]此外，本专利技术还提供一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置的模拟试验方法，具体步骤如下：
[0022]S1、根据试验所需要模拟的断层，确定断层倾角参数、断层破碎带宽度参数，根据试验相似比设计，按照围岩参数选取模型岩体材料，制作隧道模型；
[0023]S2、按照断层参数拼装对应倾角的层状剪切组件，通过插入插销固定第一层状剪切箱的方式，控制所需模拟的断层破碎带宽度；
[0024]S3、在固定盘模型箱和错动盘模型箱的箱体底部铺设配置土体至隧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置，利用土体和隧道模型在走滑断层错动模拟装置内设置所需要模拟的断层，其特征在于，包括固定盘模型箱(1)、错动盘模型箱(2)、竖向加压组件(3)和层状剪切组件(4)，所述层状剪切组件(4)一端与固定盘模型箱(1)相连，所述层状剪切组件(4)另一端与错动盘模型箱(2)相连，所述固定盘模型箱(1)和错动盘模型箱(2)内均设有竖向加压组件(3)，土体和隧道模型设置在固定盘模型箱(1)、错动盘模型箱(2)内并穿过层状剪切组件(4)，所述竖向加压组件(3)用于对固定盘模型箱(1)和错动盘模型箱(2)内的土体和隧道模型施加竖向压力；所述层状剪切组件(4)包括第一层状剪切箱(42)和第二层状剪切箱(44)，所述第一层状剪切箱(42)分别与固定盘模型箱(1)或错动盘模型箱(2)相接，所述第一层状剪切箱(42)用于模拟断层的宽度，所述第二层状剪切箱(44)两端均设有第一层状剪切箱(42)，所述第二层状剪切箱(44)的角度可调，所述第二层状剪切箱(44)用于模拟断层的倾角。2.根据权利要求1所述的一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置，其特征在于，所述走滑断层错动模拟装置还包括振动台，所述固定盘模型箱(1)与刚性地面牢固连接，所述错动盘模型箱(2)固定于振动台上方，通过控制振动台地震波的输入使错动盘模型箱(2)沿振动台振动方向发生运动，从而带动第一层状剪切箱(42)和第二层状剪切箱(44)沿水平方向发生错动。3.根据权利要求1所述的一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置，其特征在于，所述固定盘模型箱(1)和错动盘模型箱(2)均包括箱体(12)，所述箱体(12)由五个封闭面和一个开口面组成，所述开口面位于固定盘模型箱(1)和错动盘模型箱(2)的相对面，所述第一层状剪切箱(42)通过开口面分别与固定盘模型箱(1)和错动盘模型箱(2)相接，所述竖向加压组件(3)设于箱体(12)的上下封闭面上。4.根据权利要求3所述的一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置，其特征在于，所述固定盘模型箱(1)和错动盘模型箱(2)还包括转轴(11)、门栓(13)和刚性格栅(14)，所述箱体(12)的前后封闭面上设有刚性格栅(14)，所述箱体(12)的侧封闭面上设有门栓(13)，所述箱体(12)的侧封闭面与后封闭面相连处设有转轴(11)，所述刚性格栅(14)用于增加固定盘模型箱(1)或错动盘模型箱(2)沿水平方向抵抗错动的刚度。5.根据权利要求3所述的一种断层破碎带几何特征可变的走滑断层错动模拟装置，其特征在于，所述竖向加压组件(3)包括金属把手、金属板(31)、传力十字网格架(32)和传力金属轴(33)，所述传力金属轴(33)的上端穿过箱体(12)的上封闭面与金属把手相连，所述传力金属轴(33)下端与传力十字网格架(32)相连，所述传力十字网格架(32)下端设有金属板(31)，所述金属板(31)设于固定盘模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹海涛，李玄妙，卫一博，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：