模擬隧道穿越斜向錯(cuò)動(dòng)活斷層的破壞試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種模擬隧道穿越斜向錯(cuò)動(dòng)活斷層的破壞試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)大量的巖土力學(xué)摩擦滑動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果指出，巖土體摩擦滑動(dòng)有兩類基本形式:穩(wěn)定滑動(dòng)(蠕滑)和突發(fā)滑動(dòng)(粘滑)。粘滑是一種不穩(wěn)定滑動(dòng)，它是對外加負(fù)荷產(chǎn)生的振蕩位移響應(yīng)。活動(dòng)斷層粘滑錯(cuò)動(dòng)是一種斷裂構(gòu)造特征的地區(qū)性地質(zhì)災(zāi)害，是造成跨斷層隧道結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞的主要因素，嚴(yán)重影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)斷層面傾斜時(shí)，位于斷層面上部的巖體稱為上盤，位于斷層面下部的巖體稱為下盤?；顒?dòng)斷層粘滑錯(cuò)動(dòng)具體表現(xiàn)為斷層上、下盤突發(fā)性大變形位移錯(cuò)動(dòng)。地層中隧道襯砌結(jié)構(gòu)在斷層兩側(cè)土體相對位移牽制下將產(chǎn)生附加應(yīng)力和附加變形，過大的錯(cuò)動(dòng)位移使襯砌兼受拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲的復(fù)合力學(xué)性質(zhì)，可能導(dǎo)致襯砌開裂和屈服破壞，影響隧道正常運(yùn)營。在實(shí)際工程中分析斷層的運(yùn)動(dòng)方式對隧道的變形破壞機(jī)理的操作性很差，因而十分有必要建立地鐵隧道穿越活動(dòng)斷裂帶的物理模型試驗(yàn)平臺(tái)。通過物理模型試驗(yàn)平臺(tái)研究隧道襯砌結(jié)構(gòu)抗錯(cuò)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，并進(jìn)行定性及定量分析，從而提出襯砌結(jié)構(gòu)抗錯(cuò)動(dòng)安全關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，為隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于施工提供指導(dǎo)，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0003]中國專利CN 201220024444.5公開了一種隧道穿越地裂縫帶的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)。該模擬隧道穿越地裂縫帶的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模型測試系統(tǒng)、模型監(jiān)控系統(tǒng)、模型箱底板控制系統(tǒng)和模型箱。模型箱底部采用千斤頂和位移計(jì)組成模型箱底板支撐及控制系統(tǒng)，控制模型箱底板四個(gè)板塊的垂直沉降，模擬地裂縫單側(cè)土層的垂直沉降位移。該裝置采用土體隔板模擬地裂縫，通過改變土體隔板與隧道軸線間的相對位置，包括隧道軸線與土體隔板橫軸線的夾角(傾角)、隧道軸線與土體隔板豎軸線的夾角(交角)，模擬隧道軸線與地裂縫立面間不同傾角和不同交角時(shí)地裂縫對隧道結(jié)構(gòu)受力及變形的影響。其存在的問題是:1、只能模擬活動(dòng)速率很低的穩(wěn)定滑動(dòng)的裂縫對隧道的破壞行為，而不能模擬錯(cuò)動(dòng)速率很高的不穩(wěn)定滑動(dòng)活動(dòng)斷層的粘滑錯(cuò)動(dòng)對隧道的破壞行為;2、只能按照預(yù)設(shè)的沉降位移總量進(jìn)行控制，不能模擬不同位移速度下的斷層錯(cuò)動(dòng)對隧道的破壞行為;3、只能模擬沿剪切面豎軸線錯(cuò)動(dòng)的裂縫對隧道的破壞行為，而不能模擬沿剪切面橫軸線錯(cuò)動(dòng)的斷層對隧道的破壞行為。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種模擬隧道穿越斜向錯(cuò)動(dòng)活斷層的破壞試驗(yàn)裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)與活動(dòng)斷層間多傾角、多交角的空間位置，并較為準(zhǔn)確地模擬出隧道結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及破壞方式，從而為穿越斷層隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工提供更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在有效保證隧道主體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的前提下，降低施工成本，提高施工速度。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其目的所采用的技術(shù)方案是，一種模擬隧道穿越斜向錯(cuò)動(dòng)活斷層的破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0006]無蓋的模型試樣箱由活動(dòng)的左半箱和固定的右半箱構(gòu)成；
[0007]所述的左半箱由矩形的左側(cè)板、矩形的左底板、梯形的左前板、梯形的左后板構(gòu)成；其中左前板由左部的左前矩形板與右部的左前直角梯形板通過高強(qiáng)螺栓連接組成，左前直角梯形板的右邊為斜邊，左后板由左部的左后矩形板與右部的左后直角梯形板通過高強(qiáng)螺栓連接組成，左后直角梯形板的右邊為斜邊；
[0008]所述的左底板的底面與垂直加載裝置的上端通過鉸支座鉸接，垂直加載裝置的下端連接于底座左側(cè)的可前后移動(dòng)的水平移動(dòng)平臺(tái)上；左前板的前面緊貼前加載條，前加載條的前面抵緊前水平加載裝置的后端，前水平加載裝置的前端固定于底座上的前反力架，前加載條向下伸出與底座接觸，且底座的水平移動(dòng)平臺(tái)的前部與前加載條的后面接觸;左后板后面緊貼后加載條，后加載條的后面抵緊后水平加載裝置的前端，后水平加載裝置的后端固定于底座上的后反力架，后加載條向下伸出與底座接觸，且底座的水平移動(dòng)平臺(tái)的后部與后加載條的前面接觸；
[0009]所述的右半箱由矩形的右側(cè)板、矩形的右底板、梯形的右前板、梯形的右后板構(gòu)成；其中右前板由右部的右前矩形板與左部的右前直角梯形板通過高強(qiáng)螺栓連接組成，右前直角梯形板的左邊為斜邊，右后板由右部的右后矩形板與左部的右后直角梯形板通過高強(qiáng)螺栓連接組成，右后直角梯形板的左邊為斜邊；
[0010]所述的右前直角梯形板的左邊與左前直角梯形板的右邊通過既能沿左前直角梯形板的右邊移動(dòng)又能前后移動(dòng)的前雙向移動(dòng)副連接，左后直角梯形板的右邊與右后直角梯形板的左邊通過既能沿左后直角梯形板的右邊移動(dòng)又能前后移動(dòng)的后雙向移動(dòng)副連接；
[0011]所述的左半箱的左側(cè)板和右半箱的右側(cè)板均開有三個(gè)隧道洞口。
[0012]所述的前雙向移動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)是:前右滑條的右側(cè)面固定于開口向后的前形框的右壁，前右滑條的左側(cè)面嵌置有前右滾珠，前右滾珠的凸出部位與前左滑條的右側(cè)面接觸，前左滑條的左側(cè)面嵌置有前左滾珠，前左滾珠的凸出部位與前形框的左壁接觸;前左滑條的后側(cè)面固定于左前直角梯形板的斜邊上、前右滑條的后側(cè)面固定于右前直角梯形板的斜邊上；
[0013]所述的后雙向移動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)是:后右滑條的右側(cè)面固定于開口向前的后形框的右壁，后右滑條的左側(cè)面嵌置有后右滾珠，后右滾珠的凸出部位與后左滑條的右側(cè)面接觸，后左滑條的左側(cè)面嵌置有后左滾珠，后左滾珠的凸出部位與后形框的左壁接觸;后左滑條的前側(cè)面固定于左后直角梯形板的斜邊上、后右滑條的前側(cè)面固定于右后直角梯形板的斜邊上。本實(shí)用新型的第二目的是，提供一種模擬隧道穿越斜向錯(cuò)動(dòng)活斷層的破壞試驗(yàn)方法，該方法能實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)與活動(dòng)斷層間多傾角、多交角的空間位置，并較為準(zhǔn)確地模擬出隧道結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及破壞方式。
[0014]所述的垂直加載裝置配有荷重傳感器和位移傳感器。所述的前水平加載裝置和后水平加載裝置也均配有荷重傳感器和位移傳感器；
[0015]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的使用方法是:
[0016]A.將隧道模型的兩端分別放置在左側(cè)板的一個(gè)隧道洞口和右側(cè)板的一個(gè)隧道洞口上;將其余的隧道洞口封堵，再在模型試樣箱內(nèi)填土并壓密；
[0017]B.啟動(dòng)前水平加載裝置及后水平加載裝置，通過前加載條、后加載條向左半箱進(jìn)行水平加載，使左半箱及其下方的垂直加載裝置隨水平移動(dòng)平臺(tái)向前或向后發(fā)生水平位移，直至達(dá)到設(shè)定的斷層錯(cuò)動(dòng)量的前后水平位移分量；
[0018]同時(shí)，由垂直加載裝置向左半箱施加載荷，推動(dòng)左半箱通過前雙向移動(dòng)副、后雙向移動(dòng)副沿右前直角梯形板的左邊、右后直角梯形板的左邊傾斜向上移動(dòng)，直至達(dá)到設(shè)定的斷層錯(cuò)動(dòng)量的斜向位移分量；
[0019]C.加載過程中，通過位移傳感器同步記錄左半箱的水平、豎向位移加載速度及位移量;通過荷重傳感器同步記錄左半箱受到的水平及豎向荷載；同時(shí)記錄隧道模型上應(yīng)變片及土壓力盒的測試數(shù)據(jù)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0021]—、通過前后加載裝置驅(qū)動(dòng)左半箱與右半箱發(fā)生設(shè)定位移的前后水平位移，可以模擬出斷層發(fā)生前后水平方向的錯(cuò)動(dòng)效果;通過豎向加載裝置向左半箱施加載荷，使左半箱通過前、后移動(dòng)副沿右前板的左邊傾斜向上移動(dòng)設(shè)定的斜向位移，可模擬出斷層發(fā)生沿模擬斷層面傾斜向上的錯(cuò)動(dòng)效果；由于前后移動(dòng)副既能斜向移動(dòng)，又能前后移動(dòng)，因此兩種錯(cuò)動(dòng)效果既可單獨(dú)進(jìn)行，也可同時(shí)進(jìn)行。從而本實(shí)用新型能夠模擬試驗(yàn)出走滑斷層(前后錯(cuò)動(dòng))、傾滑斷層(斜向錯(cuò)動(dòng))對隧道結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)及影響因素，為隧道的設(shè)計(jì)與施工提供更全面、更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，更好的保證隧道的運(yùn)營安全。
[0022]二、將隧道模型的安放位置在左、右側(cè)板上的三個(gè)不同隧道洞口進(jìn)行排列組合，可模擬出斷層面與隧道結(jié)構(gòu)間的六種不同交角情形下隧道結(jié)構(gòu)受到斷層面的破壞特點(diǎn)及影響因素;更換不同傾角的四個(gè)直角梯形板可模擬出斷層面與隧道結(jié)構(gòu)間任意傾角下的破壞特點(diǎn)及影響因素。從而本實(shí)用新型能夠模擬試驗(yàn)出斷層面與隧道結(jié)構(gòu)在六種交角、任意傾角下的活動(dòng)斷層走滑和傾滑錯(cuò)動(dòng)對隧道的破壞機(jī)理及影響因素，為隧道的設(shè)計(jì)與施工提供更全面、更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，更好的保證隧道的運(yùn)營安全。
[0023]所述的前雙向移動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)是:前右滑條的右側(cè)面固定于開口向后的前U形框的右壁，前右滑條的左側(cè)面嵌置有前右滾珠，前右滾珠的凸出部位與前左滑條的右側(cè)面接觸，前左滑條的左側(cè)面嵌置有前左滾珠，前左滾珠的凸出部位與前U形框的左壁接觸；前左滑條的后側(cè)面固定于左前直角梯形板的斜邊上、右滑條的后側(cè)面固定于右前直角梯形板的斜邊上；
[0024]這樣，前、后雙向移動(dòng)副的內(nèi)部具有滾排裝置，加載時(shí)可將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，有效減小了左、右半箱間的摩擦作用，使加載過程更加穩(wěn)定順暢，并且可精確控制加載速度，尤其是較大的加載速度，以此保證模擬活動(dòng)斷層粘滑錯(cuò)動(dòng)的突發(fā)性對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的真實(shí)性與連貫性。
[0025]上述的豎向加載裝置配有荷重傳感器和位移傳感器。上述的水平加載裝置也配有荷重傳感器和位移傳感器。
[0026]位移傳感器的設(shè)置，使位移的控制更精確、可靠。荷重傳感器的設(shè)置能實(shí)時(shí)測出活動(dòng)的左半箱受到的荷重，更方便的分析得出活動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)對隧道的破壞機(jī)理及影響因素。
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的后視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0030]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的左視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0031 ]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0032]圖5是圖1的A-A剖面放大圖(前雙向移動(dòng)副的剖面圖)。
[0033]圖6是圖2的B-B剖面放大圖(后雙向移動(dòng)副的剖面圖)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1-4示出，一種模擬隧道穿越斜向錯(cuò)動(dòng)活斷層的破壞試驗(yàn)裝置，其組成是:
[0035]無蓋的模型試樣箱由活動(dòng)的左半箱100和固定的右半箱200