【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种隧道同震黏滑错动试验装置及方法，属于隧道模型试验。
技术介绍
1、西部和西南地区广泛分布着各种规模的活断层，一批在建和规划建设的长大线性工程建设常无法绕避活断层，直接穿越的隧道工程案例日益增多。由于断层活动十分频繁，穿越活断层隧道遭受地震动和断错破坏较为突出。特别是强震中同时遭遇断层黏滑错动的隧道，地震和黏滑错动的共同作用常造成隧道结构极为严重的破坏。因此，穿越活断层隧道抗错减震已成为当前研究的重点问题。
2、根据活断层错动发生的机制，可分为无震蠕滑错动和同震黏滑错动。其中，蠕滑错动是断层带上下盘在构造作用下以极低速率(mm/年的级别)发生相对错动，错动过程较为缓慢，位移逐步施加在衬砌上，相当于拟静力加载过程。黏滑错动的主要特征是快速错动，错动速率与岩体震动的峰值速率接近，可达m/s级，位移瞬时施加在衬砌上，相当于动力加载过程，存在明显的冲击效应。
3、目前，针对隧道同震黏滑错动的研究方法主要有理论分析、数值模拟和室内实验，但无论是理论分析还是数值计算都存在局限性，没有实验的验证尚很难断定理论的科学性和计算结果的有效性，因此，室内实验是揭示隧道断错响应机制十分重要的研究手段。为此，国内外学者对此开发了多种模型试验装置及方法。然而，现有试验设备所能模拟的最快错动速率为6mm/s，其他速率多为mm/min级别。现有试验方法模拟的错动均是拟静力的，这对蠕滑错动是合适的，但不能体现黏滑错动的动力特性，无法模拟隧道在同震错动过程中的受力特征。此外，对于地震和错动的耦合作用，现有实验方法多采用先错动
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种隧道同震黏滑错动试验装置及方法，可模拟考虑冲击效应和大量级黏滑速率的隧道同震黏滑错动试验，还原隧道地震及地震中的黏滑错动全过程，从而揭示地震-错动响应破坏机理，为穿越活断层隧道抗错减震设防提供支撑。
2、本专利技术的技术方案是：
3、根据本专利技术的一方面，提供了一种隧道同震黏滑错动试验装置，包括型钢外框架、设置在型钢外框架内的模型箱体、连接模型箱体上部与型钢外框架的弹性蓄能装置与触发-释能装置12、支撑模型箱体的模型箱底座、与型钢外框架及模型箱底座底部连接的振动台31、设置在模型箱体底部且通过模型箱底座支撑的作动器35，所述模型箱体包括上盘箱体27和下盘箱体34，上盘箱体27和下盘箱体34呈左右贴合布置，贴合面为错动面；所述错动面同一侧至少均安装弹性蓄能装置、触发-释能装置12、作动器35。
4、所述模型箱底座包括底板30、多根h型钢横梁33、第一h型钢纵梁32-1、第二h型钢纵梁32-2；其中，h型钢横梁33采用分段式设计，第一段h型钢横梁33上翼缘支撑上盘箱体27，第二段h型钢横梁33上翼缘支撑下盘箱体34，第一段h型钢横梁33的下翼缘与第一h型钢纵梁32-1的上翼缘连接，第二段h型钢横梁33的下翼缘与第二h型钢纵梁32-2的上翼缘连接，第一h型钢纵梁32-1、第二h型钢纵梁32-2的下翼缘固定于底板30之上，底板30及上盘箱体27/下盘箱体34之间用于安装作动器35。
5、还包括位移限位装置28，用于作动器35卸荷下降至预先设定的错动量时放置。
6、所述弹性蓄能装置为第一弹性蓄能装置1或第二弹性蓄能装置9。
7、所述第一弹性蓄能装置1包括与型钢外框架组装的弹簧上板2、与模型箱体连接的弹簧下板3，所述弹簧上板2靠近弹簧下板3一侧开设连接槽7，连接槽7中用于安装弹簧6，通过弹簧6与第一套筒5连接。
8、所述第二弹性蓄能装置9与第一弹性蓄能装置1基本相同，其不同之处在于，所述第二套筒10作业面设有挂钩，弹簧下板3上端面设有用于与挂钩配合的连接环11。
9、所述触发-释能装置12包括连接上板13与连接下板14，所述连接上板13和型钢外框架组装连接且位于两组弹性蓄能装置之间，安装在连接上板13下端的连接下板14上装有定滑轮16、滚轮滑槽17、限位滚轮18、限位块19和钩子20；通过定滑轮16上的绳子移动带动限位滚轮18在滚轮滑槽17中沿预设方向移动，限位滚轮18与限位块19配合，对安装在限位滚轮18与限位块19之间的钩子20进行状态切换，钩子20用于钩住模型箱体。
10、根据本专利技术的另一方面，提供了一种隧道同震黏滑错动试验方法，包括：
11、基于回归分析，建立地震震级与错动量的表达式，从而确定错动量；依据错动量、选用的最大错动速度，确定隧道同震黏滑错动试验装置中弹性蓄能装置；
12、通过隧道同震黏滑错动试验装置中振动台31施加地震动激励，用于模拟地震的振动作用；
13、弹性蓄能装置与触发-释能装置12联合实现错动：依据设定的地震时刻，启动触发-释能装置12，用于振动作用下黏滑错动速度和错动量的模拟。
14、所述地震震级与错动量的表达式为：
15、lns＝am+b；
16、式中，s为错动量，m为地震震级，a、b为经验拟合参数。
17、最大错动速度v表达式为：
18、
19、其中，k为弹簧6刚度系数；n为弹簧6的个数；s为错动量；α为错动角度；m为上盘箱体27及上盘箱体27中围岩总质量，或者表示下盘箱体34及下盘箱体34中围岩总质量；g为重力加速度。
20、本专利技术的有益效果是：本专利技术一方面利用箱体自重与弹性蓄能装置，可使错动速率可达m/s级别，依据试验需要还可以调节错动速率的大小。另一方面，采用触发-释能装置，可以实现模型箱在地震动峰值前、峰值时刻、峰值后某一典型时刻，发生瞬间错动。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，包括型钢外框架、设置在型钢外框架内的模型箱体、连接模型箱体上部与型钢外框架的弹性蓄能装置与触发-释能装置(12)、支撑模型箱体的模型箱底座、与型钢外框架及模型箱底座底部连接的振动台(31)、设置在模型箱体底部且通过模型箱底座支撑的作动器(35)，所述模型箱体包括上盘箱体(27)和下盘箱体(34)，上盘箱体(27)和下盘箱体(34)呈左右贴合布置，贴合面为错动面；所述错动面同一侧至少均安装弹性蓄能装置、触发-释能装置(12)、作动器(35)。
2.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述模型箱底座包括底板(30)、多根H型钢横梁(33)、第一H型钢纵梁(32-1)、第二H型钢纵梁(32-2)；其中，H型钢横梁(33)采用分段式设计，第一段H型钢横梁(33)上翼缘支撑上盘箱体(27)，第二段H型钢横梁(33)上翼缘支撑下盘箱体(34)，第一段H型钢横梁(33)的下翼缘与第一H型钢纵梁(32-1)的上翼缘连接，第二段H型钢横梁(33)的下翼缘与第二H型钢纵梁(32-2)的上翼缘连接，第一H型钢纵梁(32-1
3.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，还包括位移限位装置(28)，用于作动器(35)卸荷下降至预先设定的错动量时放置。
4.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述弹性蓄能装置为第一弹性蓄能装置(1)或第二弹性蓄能装置(9)。
5.根据权利要求4所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述第一弹性蓄能装置(1)包括与型钢外框架组装的弹簧上板(2)、与模型箱体连接的弹簧下板(3)，所述弹簧上板(2)靠近弹簧下板(3)一侧开设连接槽(7)，连接槽(7)中用于安装弹簧(6)，通过弹簧(6)与第一套筒(5)连接。
6.根据权利要求5所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述第二弹性蓄能装置(9)与第一弹性蓄能装置(1)基本相同，其不同之处在于，所述第二套筒(10)作业面设有挂钩，弹簧下板(3)上端面设有用于与挂钩配合的连接环(11)。
7.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述触发-释能装置(12)包括连接上板(13)与连接下板(14)，所述连接上板(13)和型钢外框架组装连接且位于两组弹性蓄能装置之间，安装在连接上板(13)下端的连接下板(14)上装有定滑轮(16)、滚轮滑槽(17)、限位滚轮(18)、限位块(19)和钩子(20)；通过定滑轮(16)上的绳子移动带动限位滚轮(18)在滚轮滑槽(17)中沿预设方向移动，限位滚轮(18)与限位块(19)配合，对安装在限位滚轮(18)与限位块(19)之间的钩子(20)进行状态切换，钩子(20)用于钩住模型箱体。
8.一种隧道同震黏滑错动试验方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验方法，其特征在于，所述地震震级与错动量的表达式为：
10.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验方法，其特征在于，最大错动速度v表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，包括型钢外框架、设置在型钢外框架内的模型箱体、连接模型箱体上部与型钢外框架的弹性蓄能装置与触发-释能装置(12)、支撑模型箱体的模型箱底座、与型钢外框架及模型箱底座底部连接的振动台(31)、设置在模型箱体底部且通过模型箱底座支撑的作动器(35)，所述模型箱体包括上盘箱体(27)和下盘箱体(34)，上盘箱体(27)和下盘箱体(34)呈左右贴合布置，贴合面为错动面；所述错动面同一侧至少均安装弹性蓄能装置、触发-释能装置(12)、作动器(35)。
2.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述模型箱底座包括底板(30)、多根h型钢横梁(33)、第一h型钢纵梁(32-1)、第二h型钢纵梁(32-2)；其中，h型钢横梁(33)采用分段式设计，第一段h型钢横梁(33)上翼缘支撑上盘箱体(27)，第二段h型钢横梁(33)上翼缘支撑下盘箱体(34)，第一段h型钢横梁(33)的下翼缘与第一h型钢纵梁(32-1)的上翼缘连接，第二段h型钢横梁(33)的下翼缘与第二h型钢纵梁(32-2)的上翼缘连接，第一h型钢纵梁(32-1)、第二h型钢纵梁(32-2)的下翼缘固定于底板(30)之上，底板(30)及上盘箱体(27)/下盘箱体(34)之间用于安装作动器(35)。
3.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，还包括位移限位装置(28)，用于作动器(35)卸荷下降至预先设定的错动量时放置。
4.根据权利要求1所述的隧道同震黏滑错动试验装置，其特征在于，所述弹性蓄能装置为第一弹性蓄能装置(1)或第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁祖德，朱财鹏，丁文云，王顺国，李贵民，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。