本發(fā)明涉及破碎帶的走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體裝置的研發(fā)領(lǐng)域及富水高地應(yīng)力模擬試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其是一種富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體及方法。

背景技術(shù)：

1、高地應(yīng)力區(qū)域具有地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層活動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用于高地應(yīng)力區(qū)域的裝置在設(shè)計(jì)、制造和安裝方面均提出了極高的技術(shù)要求。例如現(xiàn)如今針對(duì)高地應(yīng)力的模擬試驗(yàn)裝置大多采用方形箱體以便于對(duì)試驗(yàn)土巖在水平和垂直方向進(jìn)行加壓，但現(xiàn)實(shí)中高地應(yīng)力情況復(fù)雜，單純的從水平和垂直方向加壓難以更全面的、多方位的模擬真實(shí)情況。并且現(xiàn)如今多數(shù)高地應(yīng)力試驗(yàn)裝置所能適應(yīng)的環(huán)境條件比較單一，無(wú)法模擬更復(fù)雜環(huán)境下的加壓，例如在進(jìn)行海底隧道開(kāi)挖的模擬試驗(yàn)中，土體處于富水環(huán)境中是關(guān)鍵的試驗(yàn)?zāi)M條件，而現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置無(wú)法模擬富水環(huán)境。因此，開(kāi)發(fā)能夠進(jìn)行更多方位加壓且能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜環(huán)境和條件下試驗(yàn)研究的試驗(yàn)裝置是本領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，包括第一箱體和第二箱體，第一箱體與第二箱體之間固定連接有柔性箱體，且柔性箱體與第一箱體及第二箱體之間內(nèi)部連通；所述柔性箱體包括多節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元，每節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元均包括骨架法蘭、橡膠環(huán)以及橡膠環(huán)內(nèi)嵌的鋼板；所述橡膠環(huán)的軸向兩側(cè)均固定有骨架法蘭，相鄰兩節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元之間通過(guò)相鄰兩個(gè)骨架法蘭上固定的螺栓裝置連接；

3、所述第一箱體、第二箱體以及柔性箱體的下方各設(shè)置有一個(gè)底臺(tái)，所述柔性箱體中每?jī)蓚€(gè)相鄰的骨架法蘭下方共同安裝有一個(gè)滾輪組件，滾輪組件包括至少一個(gè)的滾輪；滾輪組件對(duì)應(yīng)的底臺(tái)上安裝有滑軌，滑軌與滾輪組件一一對(duì)應(yīng)，且滾輪組件中的滾輪與滑軌配合連接。

4、進(jìn)一步地，第一箱體與第二箱體的結(jié)構(gòu)相同，均呈一端半球形封閉、另一端截?cái)嚅_(kāi)口的類圓柱形，且開(kāi)口端固定連接有與柔性箱體連接的法蘭；所述第一箱體以及第二箱體的封閉端均設(shè)置有與內(nèi)部連通的接氣口和接水口；外部氣泵通過(guò)接氣口向箱體內(nèi)打氣加壓，外部水源通過(guò)接水口向箱體內(nèi)注水。

5、進(jìn)一步地，第一箱體以及第二箱體均通過(guò)支架組件安裝在各自下方的底臺(tái)上；所述支架組件包括分別安裝在箱體封閉端以及開(kāi)口端的支撐架以及連接兩個(gè)支撐架的底架。

6、進(jìn)一步地，滾輪組件還包括側(cè)架，側(cè)架的上部呈與所述骨架法蘭弧度相配合的弧形，且在弧形區(qū)域通過(guò)螺栓裝置與所述骨架法蘭固定連接；多個(gè)滾輪共線安裝在側(cè)架的下部。

7、進(jìn)一步地，滑軌截面呈工字型，所述滾輪的輪面設(shè)有凹槽，滑軌的上端嵌合在滾輪的凹槽中使?jié)L輪沿滑軌在水平方向上直線移動(dòng)。

8、進(jìn)一步地，鋼板在橡膠環(huán)中豎向延伸。

9、一種富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體的使用方法，通過(guò)吊裝梁將第一箱體的開(kāi)口端向上豎立起來(lái)，從第一箱體的開(kāi)口處填入試驗(yàn)土體，填充完畢后依次安裝柔性箱體和第二箱體；填充完畢后使試驗(yàn)箱體整體處于全封閉狀態(tài)并將試驗(yàn)箱體橫置放置在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)；其中第一箱體以及柔性箱體下方的底臺(tái)固定不動(dòng)，第二箱體下方的底臺(tái)安裝在振動(dòng)臺(tái)上；此時(shí)可選擇通過(guò)接氣口向箱體內(nèi)充氣以對(duì)試驗(yàn)土體加壓以及通過(guò)接水口向箱體內(nèi)注入水體以實(shí)現(xiàn)富水環(huán)境；

10、測(cè)試時(shí)，振動(dòng)臺(tái)使第二箱體下方的底臺(tái)水平方向移動(dòng)，由此第一箱體和第二箱體的相對(duì)位置發(fā)生改變，由于柔性箱體連接在第一箱體和第二箱體之間，第一箱體和第二箱體的錯(cuò)動(dòng)會(huì)引起柔性箱體發(fā)生變形移動(dòng)，柔性箱體的各節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元的相對(duì)位置發(fā)生變化，帶動(dòng)柔性箱體下方設(shè)置的滾輪組件在滑軌發(fā)生不同程度的滑動(dòng)，使柔性箱體內(nèi)部的試驗(yàn)土體斷層破碎帶區(qū)域發(fā)生變形破裂，從而實(shí)現(xiàn)了富水環(huán)境下高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)研究。

11、高地應(yīng)力試驗(yàn)裝置和斷層模擬試驗(yàn)裝置都是土木工程領(lǐng)域中重要的試驗(yàn)裝置，兩個(gè)試驗(yàn)裝置并不矛盾沖突，將兩種試驗(yàn)裝置相互配合，可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)土體在高地應(yīng)力作用下的斷層模擬試驗(yàn)，能夠完成更復(fù)雜條件下的試驗(yàn)研究。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、本發(fā)明的測(cè)試箱體整體處于全封閉狀態(tài)，在試驗(yàn)開(kāi)始前可以注入水體進(jìn)行富水環(huán)境的營(yíng)造，能夠更好的實(shí)現(xiàn)富水環(huán)境條件下的試驗(yàn)研究。

14、本發(fā)明的第一箱體、第二箱體及柔性箱體均采用了圓柱形的箱體形狀且箱體末端采用了半球形結(jié)構(gòu)，使試驗(yàn)土體在這種箱體結(jié)構(gòu)下能夠適應(yīng)更高強(qiáng)度的加壓，增加了試驗(yàn)箱體的可承受范圍，從而完成更大難度的試驗(yàn)研究。

15、本發(fā)明的柔性箱體由多節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元組成，其中骨架法蘭用于多節(jié)之間的連接，橡膠環(huán)具有提供軸向拉伸變形、橫向剪切變形的能力，并在有壓力情況下提供密封功能，嵌入的鋼板用于約束橡膠環(huán)在壓力作用下的膨脹變形，由此柔性箱體能夠直觀反映在高地應(yīng)力作用下斷層破碎帶區(qū)域的情況。

16、本發(fā)明在柔性箱體下方設(shè)置的滾輪組件提供了柔性箱體向上的支撐力以解決柔性箱體因試驗(yàn)土體自重產(chǎn)生的下墜問(wèn)題，且滾輪組件與滑軌配合使得柔性箱體在發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)可水平方向移動(dòng)，滾輪組件能夠很好的配合振動(dòng)臺(tái)的錯(cuò)動(dòng)使得柔性箱體的斷層柔性連接單元發(fā)生變形活動(dòng)，同時(shí)各個(gè)滾輪組件的活動(dòng)距離也反映了斷層破碎帶區(qū)域的情況。

17、由此，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜情況下高地應(yīng)力和活動(dòng)斷層的試驗(yàn)研究。

技術(shù)特征：

1.一種富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，其特征在于，包括第一箱體和第二箱體，第一箱體與第二箱體之間固定連接有柔性箱體，且柔性箱體與第一箱體及第二箱體之間內(nèi)部連通；所述柔性箱體包括多節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元，每節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元均包括骨架法蘭、橡膠環(huán)以及橡膠環(huán)內(nèi)嵌的鋼板；所述橡膠環(huán)的軸向兩側(cè)均固定有骨架法蘭，相鄰兩節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元之間通過(guò)相鄰兩個(gè)骨架法蘭上固定的螺栓裝置連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，其特征在于，所述第一箱體與第二箱體的結(jié)構(gòu)相同，均呈一端半球形封閉、另一端截?cái)嚅_(kāi)口的類圓柱形，且開(kāi)口端固定連接有與柔性箱體連接的法蘭；所述第一箱體以及第二箱體的封閉端均設(shè)置有與內(nèi)部連通的接氣口和接水口；外部氣泵通過(guò)接氣口向箱體內(nèi)打氣加壓，外部水源通過(guò)接水口向箱體內(nèi)注水。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，其特征在于，所述第一箱體以及第二箱體均通過(guò)支架組件安裝在各自下方的底臺(tái)上；所述支架組件包括分別安裝在箱體封閉端以及開(kāi)口端的支撐架以及連接兩個(gè)支撐架的底架。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，其特征在于，所述滾輪組件還包括側(cè)架，側(cè)架的上部呈與所述骨架法蘭弧度相配合的弧形，且在弧形區(qū)域通過(guò)螺栓裝置與所述骨架法蘭固定連接；多個(gè)滾輪共線安裝在側(cè)架的下部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，其特征在于，所述滑軌截面呈工字型，所述滾輪的輪面設(shè)有凹槽，滑軌的上端嵌合在滾輪的凹槽中使?jié)L輪沿滑軌在水平方向上直線移動(dòng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體，其特征在于，所述鋼板在橡膠環(huán)中豎向延伸。

7.一種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體的使用方法，其特征在于，通過(guò)吊裝梁將第一箱體的開(kāi)口端向上豎立起來(lái)，從第一箱體的開(kāi)口處填入試驗(yàn)土體，填充完畢后依次安裝柔性箱體和第二箱體；填充完畢后使試驗(yàn)箱體整體處于全封閉狀態(tài)并將試驗(yàn)箱體橫置放置在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)；其中第一箱體以及柔性箱體下方的底臺(tái)固定不動(dòng)，第二箱體下方的底臺(tái)安裝在振動(dòng)臺(tái)上；此時(shí)可選擇通過(guò)接氣口向箱體內(nèi)充氣以對(duì)試驗(yàn)土體加壓以及通過(guò)接水口向箱體內(nèi)注入水體以實(shí)現(xiàn)富水環(huán)境；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種富水高地應(yīng)力走滑斷層模擬試驗(yàn)箱體及方法，包括第一箱體和第二箱體，第一箱體與第二箱體之間固定連接有柔性箱體，柔性箱體包括多節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元，每節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元均包括骨架法蘭、橡膠環(huán)以及橡膠環(huán)內(nèi)嵌的鋼板；橡膠環(huán)的軸向兩側(cè)均固定有骨架法蘭，相鄰兩節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元之間通過(guò)相鄰兩個(gè)骨架法蘭上固定的螺栓裝置連接。本發(fā)明的柔性箱體由多節(jié)斷層區(qū)柔性連接單元組成，其中骨架法蘭用于多節(jié)之間的連接，橡膠環(huán)具有提供軸向拉伸變形、橫向剪切變形的能力，并在有壓力情況下提供密封功能，嵌入的鋼板用于約束橡膠環(huán)在壓力作用下的膨脹變形，由此柔性箱體能夠直觀反映在高地應(yīng)力作用下斷層破碎帶區(qū)域的情況。

技術(shù)研發(fā)人員：徐龍軍,韓家鑫,馮祥文,盧宇軒,張恒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2