一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统及方法，所述系统包括断层走滑错动模拟箱、扭转模拟系统及拍摄系统；断层走滑错动模拟箱内设置有可相对平移的回弹系统，位于两个回弹系统之间的底部设置有走滑支撑系统；所述扭转模拟系统连接于断层走滑错动模拟箱外壁并可相对于断层走滑错动模拟箱相对转动，所述扭转模拟系统贯穿设置有与断层走滑错动模拟箱内部连通的连通腔；所述拍摄系统连接于扭转模拟系统端部并可圆周转动，且所述拍摄系统可部分伸入至连通腔内。所述方法应用于该系统。本发明专利技术能耦合断层走滑错动和扭转作用、实现走滑断层往复错动，提高振动台模拟跨断层隧道结构动力结构响应的准确性和真实性。实性。实性。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，具体是一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统及方法。

技术介绍

[0002]当前破坏性地震仍处于频发多发期，地震的发生会引起严重的人员伤亡和经济损失，随着高地震烈度地区隧道工程建设需求的日益增大,特别是穿越活动断裂带隧道日益增多,我国隧道工程抗震技术面临巨大挑战，跨断层隧道结构震害机理及抗减震措施研究已成为极为重要的研究课题。
[0003]岩土工程
中，物理模拟试验是发现规律、解释机理重要手段，在跨断层隧道工程研究中，室内振动台试验是研究地震荷载作用下隧道结构动力响应和损伤破坏机理的有效途径，将隧道原型按照特定的相似比和相似材料制作缩尺模型放置于振动台上，通过振动台系统输入地震波进行激振，可实时监测振动过程中的响应，运用相似性规律就能反算出隧道原型的实际响应，可以直观有效地反映模拟隧道原型的动力响应和变形破坏特征。
[0004]地震模拟模型箱是隧道振动台试验的重要设备，常用的模型箱包括刚性模型箱、圆筒形柔性模型箱和层状剪切变形模型箱，它们的结构和用途各不相同：（1）刚性模型箱是一种由刚性材料制成的模型箱，常采用钢板、钢框架及加劲肋组成，具有较高的刚度和强度，能够承受较大的振动力和振幅，刚性模型箱在试验时，不能随土体发生剪切变形，使得试验与实际差距较大，主要用于类岩质材料的振动台模型试验；（2）圆筒形柔性模型箱是一种由柔性材料制成的模型箱，其结构呈圆筒形，具有较好的柔性和变形能力，能够模拟真实结构的振动响应，但模拟不同地层的边界有困难，多用于砂、土等松散型材料的振动台试验；（3）层状剪切变形模型箱是一种由多层水平框架组成的模型箱，层间可以自由滑动，能够模拟振动过程中土体剪切变形，但由于层状框架是一个整体，因此难以模拟隧道跨断层和跨软弱地层交界面等情况。
[0005]跨断层的隧道结构在强烈地震作用下容易发生扭转，断层处上下盘（在倾斜断层中，断层层面倾斜时，断面朝上的称为上盘；断面朝下的的称为下盘）在地震作用过程中还会发生持续的往复错动运动，而对于跨断层隧道的地震模拟模型箱，以往的试验装置往往只能单独实现断层的错动，并未考虑实现跨断层隧道结构的扭转及上下盘的往复错动，无法还原断层走滑错动和扭转作用耦合的真实情况，随着跨断层隧道震害机理及抗减震措施研究重要性的增加，真实还原隧道破坏的作用环境对于研究的深入开展具有重要意义，但考虑断层走滑错动及扭转作用耦合的地震模拟模型箱的开发至今仍处于空白。
[0006]鉴于此，有必要研发一种能耦合断层走滑错动和扭转作用，实现断层走滑错动及扭转作用耦合的地震模拟试验系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统，该模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统能耦合断层走滑错动和扭转作用、实现走滑断层往复错动，还原跨断层隧道工程情况，提高振动台模拟跨断层隧道结构动力结构响应的准确性和真实性。同时本专利技术还提供了一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验方法。
[0008]本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统，包括断层走滑错动模拟箱、扭转模拟系统及拍摄系统；所述断层走滑错动模拟箱内相对两侧壁均设置有可相对平移的回弹系统，所述断层走滑错动模拟箱内位于两个回弹系统之间的底部设置有走滑支撑系统，所述走滑支撑系统可沿回弹系统平移方向平移；所述扭转模拟系统连接于断层走滑错动模拟箱外壁并可相对于断层走滑错动模拟箱相对转动，所述扭转模拟系统贯穿设置有与断层走滑错动模拟箱内部连通的连通腔；所述拍摄系统连接于扭转模拟系统端部并可部分伸入至连通腔内。
[0009]基于以上技术方案，还包括设置有若干通孔的底座，所述断层走滑错动模拟箱、扭转模拟系统均固定于底座上。
[0010]基于以上技术方案，所述回弹系统包括弹性件和挡板，所述弹性件设置若干个，且若干个所述弹性件一端均与所述断层走滑错动模拟箱的内侧壁连接，另一端均与所述挡板连接。
[0011]基于以上技术方案，所述走滑支撑系统包括固定板、滑轨及支撑滑板；所述支撑滑板包括水平板及连接于水平板两侧的竖直板，所述固定板位于水平板下侧并固定于断层走滑错动模拟箱内底部，所述滑轨贯穿固定板水平设置并可相对于固定板水平滑动，且所述滑轨贯穿固定板后两端分别与两侧的竖直板连接。
[0012]基于以上技术方案，所述扭转模拟系统包括支撑件、转动连接于支撑件上的转动件及驱使转动件转动的驱动件；所述转动件一端与断层走滑错动模拟箱外壁转动连接；所述连通腔水平贯穿转动件，所述断层走滑错动模拟箱与转动件连接的侧壁设置有连通口，该连通口与所述连通腔的一端连通，所述拍摄系统则设于所述连通腔的另一端端部位置。
[0013]基于以上技术方案，所述支撑件为间隔设置的两个支撑板，所述转动件为转动连接于两个支撑板上的转筒。
[0014]基于以上技术方案，所述驱动件包括固定于转动件上的从动齿轮、与从动齿轮啮合的主动齿轮、及与主动齿轮的齿轮轴连接的动力装置。
[0015]基于以上技术方案，所述拍摄系统包括固定于扭转模拟系统端部的支架、移动旋转机构及摄像机，所述摄像机连接于移动旋转机构上并可在移动旋转机构驱使下伸入至连通腔内，所述移动旋转机构连接于支架上。
[0016]基于以上技术方案，所述移动旋转机构包括滑动杆、圆周转动装置及滑动驱动装置，所述滑动杆一端通过圆周转动装置连接所述摄像机，另一端则连接滑动驱动装置的驱动端以通过滑动驱动装置驱使滑动杆滑动进而实现摄像机进入或退出所述连通腔。
[0017]基于以上技术方案，所述断层走滑错动模拟箱未设置回弹系统的两个内侧壁还设置有吸能边界板。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
1、本专利技术能够更为真实的还原跨走滑断层隧道在强烈地震作用下的动力响应，模拟强烈地震作用下由地震振动引发的上下盘往复走滑错动，并将这种走滑往复错动与隧道扭转效应进行耦合，解决了常规振动台模型箱无法模拟走滑往复错动及未考虑隧道扭转响应的问题。
[0019]2、本专利技术通过改变回弹系统中弹性件的刚度系数与数量，可模拟不同弹性恢复力，通过改变走滑支撑系统中滑轨的摩擦系数，可改变围岩滑动速度，从而模拟不同滑动速度与不同弹性恢复力情况下的隧道衬砌动力响应规律与渐进破坏过程。
[0020]3、本专利技术系统中设置的拍摄系统，很好的解决了常规振动台试验模型箱难以拍摄隧道模型在激振过程中的渐进破坏过程，避免对后续结构破坏机理和动力响应分析造成阻碍，实现在试验过程中全方位全时段记录，从而为隧道抗减震措施提供理论依据。
[0021]4、本专利技术扭转模拟系统能够改变扭转角度和速度，通过驱动件可实现扭转角为0
°‑
30
°
的扭转，模拟在强烈地震作用下围岩
‑
隧道体系的扭转效应，实现不同隧道扭转效应震害情况的还原，耦合更多变量，使试验结果更加真实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟断层走滑错动与扭转效应耦合的试验系统，其特征在于，包括断层走滑错动模拟箱、扭转模拟系统及拍摄系统；其中，所述断层走滑错动模拟箱内相对两侧壁均设置有可相对平移的回弹系统，所述断层走滑错动模拟箱内位于两个回弹系统之间的底部设置有走滑支撑系统，所述走滑支撑系统可沿回弹系统平移方向平移；所述扭转模拟系统连接于断层走滑错动模拟箱外壁并可相对于断层走滑错动模拟箱相对转动，所述扭转模拟系统贯穿设置有与断层走滑错动模拟箱内部连通的连通腔；所述拍摄系统连接于扭转模拟系统端部并可圆周转动，且所述拍摄系统可部分伸入至连通腔内。2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，还包括设置有若干通孔的底座，所述断层走滑错动模拟箱、扭转模拟系统均固定于底座上。3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述回弹系统包括弹性件和挡板，所述弹性件设置若干个，且若干个所述弹性件一端均与所述断层走滑错动模拟箱的内侧壁连接，另一端均与所述挡板连接。4.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述走滑支撑系统包括固定板、滑轨及支撑滑板；所述支撑滑板包括水平板及连接于水平板两侧的竖直板，所述固定板位于水平板下侧并固定于断层走滑错动模拟箱内底部，所述滑轨贯穿固定板水平设置并可相对于固定板水平滑动，且所述滑轨贯穿固定板后两端分别与两侧的竖直板连接。5.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述扭转模拟系统包括支撑件、转动连接于支撑件上的转动件及驱使转动件转动的驱动件；所述转动件一端与断层走滑错动模拟箱外壁转动连接；所述连通腔水平贯穿转动件，所述断层走滑错动模拟箱与转动件连接的侧壁设置有连通口，该连通口与所述连通腔的一端连通，所述拍摄系统则设于所述连通腔的另一端端部位置。6.根据权利要求5所述的试验系统，其特征在于，所述支撑件为间隔设置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，冯文凯，黄山，信春雷，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：