本發(fā)明涉及隧道地震動響應(yīng)的試驗裝置，具體涉及一種模擬逆斷層粘滑錯動引發(fā)近斷層地震動的試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著中國隧道工程的發(fā)展，隧道在地震等自然災(zāi)害中的安全性日益受到人們的重視；相似模型試驗作為隧道研究分析的兩大主要方法（即相似模型試驗和數(shù)值仿真）之一，因為其較之?dāng)?shù)值仿真方法具有更強的直觀性以及真實性，所以被廣泛應(yīng)用于隧道防災(zāi)的研究中；目前應(yīng)用的隧道在地震動作用下的模型試驗方法往往是振動臺試驗，即將隧道放置在模型箱中，模型箱放置在振動臺上；振動臺往預(yù)定的方向振動，然后觀察隧道的變形及破壞特征；由于振動臺整體為一個平面，故其上每個位置的振動方向及速率均相同，即振動臺試驗本質(zhì)上模擬的是遠(yuǎn)場處地震動過程中地震波垂直入射的一致激勵；然而在實際的近斷層地震中，其本質(zhì)為近場地震動，地震機理是斷層在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生蠕滑；由于發(fā)震斷層長期的蠕滑作用而導(dǎo)致能量在斷層處累積，最終發(fā)生斷層粘滑；在粘滑作用下斷層巖體破裂導(dǎo)致了地震動的發(fā)生以及地表的永久位移，斷層發(fā)生破裂的位置即為活動斷層粘滑作用引發(fā)地震動的震源位置；很顯然，這種非均勻的近場振動方式與目前應(yīng)用的模擬遠(yuǎn)場地震動的振動臺模型試驗有很大的不同，傳統(tǒng)的振動臺試驗無法有效的模擬活動斷層粘滑作用引發(fā)非均勻地震動以及地表永久位移的震源機理；故以傳統(tǒng)的振動臺試驗來研究隧道在近斷層地震動作用下的地震響應(yīng)，其試驗方法及隨之的試驗結(jié)果都是十分不合理的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為能真實反映近斷層天然地震動地震特征的模擬逆斷層粘滑錯動引發(fā)近斷層地震動的試驗裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種模擬逆斷層粘滑錯動引發(fā)近斷層地震動的試驗裝置，包括上表面開口的立方體結(jié)構(gòu)試驗箱體，試驗箱體一側(cè)表面下部設(shè)置活動擋板；活動擋板上方設(shè)置有向試驗箱體內(nèi)部延伸形成的內(nèi)嵌板，活動擋板可沿內(nèi)嵌板和試驗箱體下表面滑動；試驗箱體內(nèi)設(shè)置有連通其上表面和下表面的模擬斷層；試驗箱體內(nèi)上部設(shè)置有穿過模擬斷層的模擬隧道；模擬斷層上方靠近活動擋板一側(cè)與試驗箱體內(nèi)表面之間為上盤，模擬斷層下方遠(yuǎn)離活動擋板一側(cè)與試驗箱體內(nèi)表面之間為下盤；模擬斷層內(nèi)模擬隧道下方設(shè)置多個串聯(lián)的壓敏式微差爆炸裝置。

進(jìn)一步的，所述試驗箱體內(nèi)表面和內(nèi)嵌板遠(yuǎn)離活動擋板一側(cè)設(shè)置有柔性吸能層。

進(jìn)一步的，所述模擬斷層和下盤之間設(shè)置有滑動層。

進(jìn)一步的，所述活動擋板外表面連接動力桿，動力桿連接動力裝置。

進(jìn)一步的，所述試驗箱體外表面設(shè)置有用于將其固定在地面的固定支架。

進(jìn)一步的，所述固定支架上設(shè)置有預(yù)留螺栓孔，通過預(yù)留螺栓孔與地面螺栓連接。

進(jìn)一步的，所述上盤和下盤采用的材料強度高于模擬斷層。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明裝置可以真實的模擬逆斷層粘滑作用下近斷層地震動的發(fā)震機理；

（2）本發(fā)明裝置可模擬逆斷層粘滑作用下近斷層地震動產(chǎn)生的地表永久位移和彈性波對隧道的影響；

（3）本裝置結(jié)構(gòu)簡單、不需要使用振動臺，可大大降低試驗成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明剖視圖。

圖2為本發(fā)明正視圖。

圖中：1-試驗箱體，2-內(nèi)嵌板，3-柔性吸能層，4-動力桿，5-活動擋板，6-固定支架，7-預(yù)留螺栓孔，8-模擬隧道，9-模擬斷層，10-上盤，11-壓敏式微差爆炸裝置，12-滑動層，13-下盤。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1-2所示，一種模擬逆斷層粘滑錯動引發(fā)近斷層地震動的試驗裝置，包括上表面開口的立方體結(jié)構(gòu)試驗箱體1，試驗箱體1一側(cè)表面下部設(shè)置活動擋板5；活動擋板5上方設(shè)置有向試驗箱體1內(nèi)部延伸形成的內(nèi)嵌板2，活動擋板5可沿內(nèi)嵌板2和試驗箱體1下表面滑動；試驗箱體1內(nèi)設(shè)置有連通其上表面和下表面的模擬斷層9；試驗箱體1內(nèi)上部設(shè)置有穿過模擬斷層9的模擬隧道8；模擬斷層9上方靠近活動擋板5一側(cè)與試驗箱體1內(nèi)表面之間為上盤10，模擬斷層9下方遠(yuǎn)離活動擋板5一側(cè)與試驗箱體1內(nèi)表面之間為下盤13；模擬斷層9內(nèi)模擬隧道8下方設(shè)置多個串聯(lián)的點狀炸藥組成的壓敏式微差爆炸裝置11。

使用時，試驗箱體1作為承載容器，其與活動擋板5構(gòu)成一四周封閉的立方體結(jié)構(gòu)；模擬隧道8設(shè)置在試驗箱體1上部可保證其具有一定的埋深及足夠的地基土層。

進(jìn)一步的，所述試驗箱體1內(nèi)表面和內(nèi)嵌板2遠(yuǎn)離活動擋板5一側(cè)設(shè)置有柔性吸能層3采用聚氯苯烯泡沫板，以吸收到達(dá)試驗箱體邊界處的彈性波，防止彈性波的反射。

進(jìn)一步的，所述模擬斷層9和下盤13之間設(shè)置有滑動層12，滑動層12采用滑石粉，減小斷層9和下盤13之間的摩擦力，使上盤和下盤在外力作用下容易產(chǎn)生錯動。

進(jìn)一步的，所述活動擋板5外表面連接動力桿4，動力桿4連接動力裝置。

進(jìn)一步的，所述試驗箱體1外表面設(shè)置有用于將其固定在地面的固定支架6；除去動力桿4及活動擋板5所在一側(cè)，試驗箱體1的其余三個側(cè)面上均焊接一定數(shù)量的固定支架6；固定支架6的數(shù)量根據(jù)需要設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述固定支架6上設(shè)置有預(yù)留螺栓孔7，通過預(yù)留螺栓孔7與地面螺栓連接。

進(jìn)一步的，所述上盤10和下盤13采用的材料強度高于模擬斷層9，模擬斷層9采用一定比例的重晶石粉，細(xì)石英砂，機油和粉煤灰的混合物填充，以體現(xiàn)斷層破碎帶強度較低且材質(zhì)疏松的特點。

使用時，動力桿4推動活動擋板5擠壓上盤10，上盤10進(jìn)而去擠壓模擬斷層9；設(shè)置了滑動層12，上盤10會有向上運動的趨勢，產(chǎn)生地表永久位移；隨著活動擋板5位移的增加，上盤10及下盤13進(jìn)一步擠壓模擬斷層9，使得模擬斷層9處能量累積，壓力增大；最終到達(dá)壓敏式微差爆炸裝置11的起爆臨界點，導(dǎo)致壓敏式微差爆炸裝置11爆炸，引發(fā)模擬斷層9破裂，在試驗箱體1內(nèi)部產(chǎn)生彈性波，模擬隧道8隨之發(fā)生振動響應(yīng)；且由于下盤13及模擬斷層9被試驗箱體1所約束，而上盤10在推力及滑動層12的雙重作用下有向沿平行于模擬斷層9方向向上運動的趨勢；則模擬斷層9處的最大壓力必然發(fā)生在模擬斷層9的底部；所以壓敏式微差爆炸裝置11必然從最下面開始起爆；由于其串聯(lián)在一起，所以壓敏式微差爆炸裝置11自下而上依次起爆，通過壓敏式微差爆炸裝置11的布置方式可以控制其起爆時間，進(jìn)而可以使得多段短持時爆破地震波延續(xù)與銜接，產(chǎn)生的微差爆破效果可以模擬天然場地的地震效應(yīng)；彈性波自下而上傳播至模擬隧道8位置，又模擬隧道8與壓敏式微差爆炸裝置11相隔較大的距離，當(dāng)爆炸波傳播至模擬隧道處時，產(chǎn)生的振動波形能真實反映斷層天然地震動的地震特征。

具體施工制作時，具體步驟如下：

（1）首先完成試驗箱體1及與其連接的內(nèi)嵌板2的焊接；

（2）將試驗箱體1放置于水平地面上，通過預(yù)留螺栓孔7將試驗箱體1與地面固定；將活動擋板5向外拉動至與試驗箱體1外表面平齊，完成試驗箱體1整體的封閉；

（3）在試驗箱體1內(nèi)表面，活動擋板5內(nèi)表面以及內(nèi)嵌板2的上表面，均膠結(jié)一定厚度的柔性吸能材料，構(gòu)成柔性吸能層3；

（4）鋪設(shè)模擬隧道8下方的下盤13；

（5）鋪設(shè)一定厚度的滑動涂層形成滑動層12；

（6）鋪設(shè)模擬隧道8下方的模擬斷層9，并在模擬斷層9中按照預(yù)設(shè)方案放置壓敏式微差爆炸裝置11，壓敏式微差爆炸裝置11之間采用串聯(lián)連接；

（7）鋪設(shè)模擬隧道8下方的上盤10；

（8）鋪設(shè)模擬隧道8；

（9）鋪設(shè)模擬隧道8上方的上盤1、模擬斷層9、滑動涂層以及下盤13；

（10）放置一定時間，使得試驗箱體1中各部分狀態(tài)趨于平穩(wěn)；

（11）動力桿4按照預(yù)定位移推動活動擋板5，直至壓敏式微差爆炸裝置11起爆；

（12）待試驗箱體1振動停止后，提取粘貼在模擬隧道8襯砌上的應(yīng)變片以及預(yù)埋在地層中的加速度計的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得出模擬隧道8在近斷層地震作用下的受力變形特點以及地層加速度的規(guī)律性。

本發(fā)明能夠真實的模擬逆斷層粘滑作用下近斷層地震動的發(fā)震機理，以及其所產(chǎn)生的地表永久位移和彈性波對隧道的影響，且由于本發(fā)明不需要使用振動臺，試驗成本較傳統(tǒng)振動臺試驗大大降低。