本發(fā)明設(shè)計(jì)隧道模型試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種可以考慮走滑型斷層的隧道抗錯(cuò)斷模型試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)向西部?jī)A斜，對(duì)于新建的隧道工程，特別是長(zhǎng)大隧道而言，往往不可避免的穿越位于西部地區(qū)的復(fù)雜不良地質(zhì)區(qū)段，接近或跨越地震活動(dòng)斷裂帶。一直以來(lái)對(duì)，對(duì)于隧道在運(yùn)行期內(nèi)對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的防御，主要研究力量集中在隧道抗震問(wèn)題上，但歷次地震實(shí)踐證明，隧道的破壞除振動(dòng)破壞外，多發(fā)生在圍巖質(zhì)量差和地層條件有較大變化的斷層破碎帶。這些斷層破碎帶通常具有活動(dòng)時(shí)代新、規(guī)模大、活動(dòng)（較）強(qiáng)烈的特點(diǎn)，具有發(fā)生較為強(qiáng)烈錯(cuò)動(dòng)的構(gòu)造條件，斷層破碎帶的錯(cuò)動(dòng)有蠕滑和粘滑兩種運(yùn)動(dòng)形式，蠕滑一般瞬時(shí)位移量較小，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)威脅不大；而粘滑錯(cuò)動(dòng)不僅錯(cuò)動(dòng)量值較大，且往往會(huì)引發(fā)地震，造成隧道結(jié)構(gòu)的不可修復(fù)性破壞。因此研究隧道結(jié)構(gòu)在斷層錯(cuò)動(dòng)條件下的響應(yīng)機(jī)理及破壞模式，是一個(gè)重要的科研方向。

由于模型試驗(yàn)相對(duì)數(shù)值模擬、理論推導(dǎo)等其它手段而言，非常形象、直觀，可以較好的反應(yīng)與隧洞工程有關(guān)的巖體地質(zhì)特征并直接給出巖體-隧道的相互影響，且試驗(yàn)結(jié)果可以方便的與數(shù)值、理論模型相互驗(yàn)證，使得模型試驗(yàn)在研究中得以廣泛應(yīng)用。

而斷層的類型可以按照其運(yùn)動(dòng)方式分為走滑斷層和傾滑型斷層。走滑斷層的等震線通常對(duì)稱分布于發(fā)震斷層的兩側(cè)。其發(fā)震時(shí)破壞規(guī)模大，長(zhǎng)度通常為數(shù)十公里甚至數(shù)百公里，寬度以數(shù)十米常見(jiàn)，整體來(lái)看呈狹長(zhǎng)形狀。傾滑型斷層包括正斷層和逆斷層，兩者產(chǎn)生的震害，在類型、力學(xué)性質(zhì)及分布位置上基本相似。所產(chǎn)生的地面災(zāi)害一般情況下均為面狀，主要表現(xiàn)為大面積挎山、滑坡、地面沉陷、砂土液化及松散堆積物上散步的張性，張扭性裂縫。其除此之外，斷層還有可能兼具走滑型斷層和傾滑型斷層的性質(zhì)，可稱之為走傾兼?zhèn)湫汀?/p>

目前，國(guó)內(nèi)外已有的隧道抗錯(cuò)斷模型試驗(yàn)裝置中，如（劉學(xué)增, 劉金棟, 李學(xué)鋒, 等. 逆斷層鉸接式隧道襯砌的抗錯(cuò)斷效果試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2015, 34(10): 2083-91.）（Majid Kiani, Tohid Akhlaghi, Abbas Ghalandarzadeh. Experimental modeling of segmental shallow tunnels in alluvial affected by normal faults[J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 2016, 51(1): 108-19.），均僅考慮了正斷層、逆斷層這兩種傾滑型斷層，對(duì)走滑型斷層缺乏考慮，更無(wú)法考慮兼具兩種滑動(dòng)特性的走傾兼?zhèn)湫蛿鄬渝e(cuò)動(dòng)。由于缺少可以考慮走滑型斷層和走傾兼?zhèn)湫蛿鄬拥脑囼?yàn)手段，使得此類問(wèn)題的研究主要通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)行，導(dǎo)致研究結(jié)果的真實(shí)性不能保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服以往的隧道抗錯(cuò)斷試驗(yàn)裝置的缺點(diǎn)和不足，針對(duì)以上以往的隧道抗錯(cuò)斷試驗(yàn)裝置不能考慮走滑型斷層和走傾兼?zhèn)湫蛿鄬拥默F(xiàn)狀，提出一種可以考慮走滑型斷層的隧道抗錯(cuò)斷模型試驗(yàn)裝置。該裝置既可考慮不同錯(cuò)動(dòng)角度的正斷層錯(cuò)動(dòng)、走滑斷層錯(cuò)動(dòng)，也可考慮二者組合而成的走傾兼?zhèn)湫蛿鄬渝e(cuò)動(dòng)。具有廣泛的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種可以考慮走滑型斷層的隧道抗錯(cuò)斷模型試驗(yàn)裝置，包括模擬箱、走滑向推力系統(tǒng)和傾滑向推力系統(tǒng)，所述的模擬箱內(nèi)放置隧道縮尺模型，隧道縮尺模型的端部設(shè)置三向推力鋼板，模擬箱內(nèi)填充有巖體填充材料，三向推力鋼板包括兩兩相互垂直的側(cè)部矩形鋼板、底部矩形鋼板、端部矩形鋼板拼接而成，側(cè)部矩形鋼板垂直于水平面且位于隧道縮尺模型的側(cè)部，底部矩形鋼板平行于水平面且位于隧道縮尺模型的底部，端部矩形鋼板位于隧道縮尺模型的端部，側(cè)部矩形鋼板設(shè)置有×形的三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋，三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋連接走滑向推力系統(tǒng)，底部矩形鋼板設(shè)置有×形的三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋，三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋連接傾滑向推力系統(tǒng)。

如上所述的傾滑向推力系統(tǒng)包括傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭、第一連桿、傾滑向千斤頂和萬(wàn)向地錨支撐，傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭與三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋連接，傾滑向千斤頂?shù)纳炜s端穿過(guò)設(shè)置在模擬箱底板上的穿孔與傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭連接，傾滑向千斤頂?shù)墓潭ǘ伺c第一連桿一端連接，第一連桿另一端與萬(wàn)向地錨支撐連接；

所述的走滑向推力系統(tǒng)包括走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭、第二連桿、走滑向千斤頂、萬(wàn)向支承和走滑向千斤頂反力支座，走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭與三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋連接，走滑向千斤頂?shù)纳炜s端穿過(guò)模擬箱的側(cè)板上的穿孔與走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭連接，走滑向千斤頂?shù)墓潭ǘ伺c第二連桿一端連接，第二連桿另一端與萬(wàn)向支承連接，萬(wàn)向支承設(shè)置在走滑向千斤頂反力支座上。

如上所述的模擬箱上四個(gè)側(cè)部棱邊和模擬箱的側(cè)板上均設(shè)置有加強(qiáng)柱，模擬箱的側(cè)板上還設(shè)置有有機(jī)玻璃觀察窗。

如上所述的加強(qiáng)柱下方設(shè)置有模型箱支柱。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn):

1.本發(fā)明通過(guò)設(shè)置側(cè)向的走滑向推力系統(tǒng)，使得模型箱可以模擬在走滑斷層錯(cuò)動(dòng)下隧道模型的破壞模式；

2.本發(fā)明通過(guò)同時(shí)設(shè)置側(cè)向的走滑向推力系統(tǒng)和底部的傾滑向推力系統(tǒng)，兩部推力系統(tǒng)聯(lián)合作用，使得模型箱可以模擬走傾兼?zhèn)湫蛿鄬渝e(cuò)動(dòng)。

采用本模型試驗(yàn)裝置，對(duì)于研究穿越走滑斷層、走傾兼?zhèn)湫蛿鄬拥腻e(cuò)斷破壞模式與抗錯(cuò)斷工程措施具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為三向推力鋼板部分俯視角立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為三向推力鋼板部分仰視角立體結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-三向推力鋼板；2-萬(wàn)向地錨支撐；3-第一連桿；4-加強(qiáng)柱；5-模型箱支柱；6-隧道縮尺模型；7-走滑向千斤頂；8-第二連桿；9-萬(wàn)向支承；10-走滑向千斤頂反力支座；11-模型箱；12-傾滑向千斤頂；13-走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭；14-三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋；15-傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭；16-三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋；17-有機(jī)玻璃觀察窗；18-走滑向推力系統(tǒng)；19-傾滑向推力系統(tǒng)；20-巖體填充材料；101-側(cè)部矩形鋼板；102-底部矩形鋼板；103-端部矩形鋼板。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

一種可以考慮走滑型斷層的隧道抗錯(cuò)斷模型試驗(yàn)裝置，包括模擬箱11、走滑向推力系統(tǒng)18和傾滑向推力系統(tǒng)19，所述的模擬箱11內(nèi)放置隧道縮尺模型6，隧道縮尺模型6的端部設(shè)置三向推力鋼板1，模擬箱11內(nèi)填充有巖體填充材料，三向推力鋼板1包括兩兩相互垂直的側(cè)部矩形鋼板101、底部矩形鋼板102、端部矩形鋼板103拼接而成，側(cè)部矩形鋼板101垂直于水平面且位于隧道縮尺模型6的側(cè)部，底部矩形鋼板102平行于水平面且位于隧道縮尺模型6的底部，端部矩形鋼板103位于隧道縮尺模型6的端部，側(cè)部矩形鋼板101設(shè)置有×形的三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋14，三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋14連接走滑向推力系統(tǒng)18，底部矩形鋼板102設(shè)置有×形的三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋16，三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋16連接傾滑向推力系統(tǒng)19。

作為一種優(yōu)選方案，模擬箱11包括鋼板制成的頂部開(kāi)口的長(zhǎng)方形的模擬箱11，模擬箱11包括底板和四個(gè)側(cè)板，四個(gè)側(cè)板包括左殼板、右殼板、前殼板、后殼板，模擬箱11頂部開(kāi)口，模型箱四個(gè)側(cè)部棱邊、前殼板的中部和后殼板的中部設(shè)置有加強(qiáng)剛度的加強(qiáng)柱4，前殼板和后殼板分別設(shè)置有2塊透明的有機(jī)玻璃觀察窗17。加強(qiáng)柱4下方設(shè)置有模型箱支柱5。模型箱11內(nèi)部放置隧道縮尺模型6，在隧道縮尺模型6與模型箱11及三向推力鋼板1之間的部分填充巖體填充材料20，并經(jīng)由模型箱11上的穿孔由走滑向推力系統(tǒng)18和傾滑向推力系統(tǒng)19驅(qū)動(dòng)，以模擬斷層剪切錯(cuò)動(dòng)，相似材料的剪切變位繼而造成隧道縮尺模型的破壞。

隧道縮尺模型6依據(jù)真實(shí)隧道設(shè)計(jì)圖紙，按照真實(shí)隧道的材料制成的模型。模型箱11內(nèi)以及隧道縮尺模型6與三向推力鋼板1之間填充巖體填充材料20。巖體填充材料20的材質(zhì)與真實(shí)工程的地質(zhì)條件的巖體相同或相似，也可以選用干燥黃沙。

傾滑向推力系統(tǒng)包括傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭15、第一連桿3、傾滑向千斤頂12和萬(wàn)向地錨支撐2，傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭15與三向推力鋼板傾滑側(cè)加強(qiáng)筋16連接，傾滑向千斤頂12的伸縮端穿過(guò)設(shè)置在模擬箱11底板上的穿孔與傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭15連接，傾滑向千斤頂12的固定端與第一連桿3一端連接，第一連桿3另一端與萬(wàn)向地錨支撐2連接。第一萬(wàn)向地錨支承2安裝的部位決定模擬斷層的錯(cuò)動(dòng)角度，傾滑向千斤頂12提供推力以模擬錯(cuò)動(dòng)，傾滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭15將推力施加于推力鋼板1的底部矩形鋼板102。

走滑向推力系統(tǒng)包括走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭13、第二連桿8、走滑向千斤頂7、萬(wàn)向支承9和走滑向千斤頂反力支座10，走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭13與三向推力鋼板走滑側(cè)加強(qiáng)筋14連接，走滑向千斤頂7的伸縮端穿過(guò)模擬箱11的側(cè)板上的穿孔與走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭13連接，走滑向千斤頂7的固定端與第二連桿8一端連接，第二連桿8另一端與萬(wàn)向支承9連接，萬(wàn)向支承9設(shè)置在走滑向千斤頂反力支座10上。走滑向千斤頂反力支座10安裝的部位決定模擬斷層的錯(cuò)動(dòng)角度，走滑向千斤頂7提供推力以模擬錯(cuò)動(dòng)、走滑向千斤頂推力萬(wàn)向轉(zhuǎn)換頭13將推力施加于推力鋼板1的側(cè)部矩形鋼板。

利用一種可以考慮走滑型斷層的隧道抗錯(cuò)斷模型試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法：

步驟1、按照?qǐng)D1～4所示，制作本發(fā)明裝置；

步驟2、按照真實(shí)工程的地質(zhì)條件制作巖體填充材料20，巖體填充材料20的材質(zhì)與真實(shí)工程的地質(zhì)條件的巖體相同或相似，也可以選用干燥黃沙；

步驟3、按照真實(shí)工程的隧道圖紙制作縮小尺寸的隧道縮尺模型6；

步驟4、按照擬研究的斷層實(shí)際條件，設(shè)置安裝萬(wàn)向地錨支撐2和走滑向千斤頂反力支座10，使得錯(cuò)斷角度斷層符合研究要求；

步驟5、將三向推力鋼板1放置入模型箱11中，組裝走滑向推力系統(tǒng)18和傾滑向推力系統(tǒng)19；

步驟6、在模型箱11內(nèi)填筑巖體填充材料20至設(shè)定標(biāo)高，放置隧道縮尺模型6進(jìn)入模型箱11；

步驟7、繼續(xù)填筑巖體填充材料20直至模型箱11的頂部；

步驟8、開(kāi)動(dòng)走滑向千斤頂7和傾滑向千斤頂12，進(jìn)行試驗(yàn)；

步驟9、通過(guò)有機(jī)玻璃觀察窗17觀察并記錄拍攝巖體填充材料20的破壞情況；

步驟10、記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析處理試驗(yàn)結(jié)果。

步驟11、待試驗(yàn)結(jié)束后，取出隧道縮尺模型6，觀察記錄隧道縮尺模型6破壞情況。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。