[發明專利]一種模擬斷層錯動下隧道地震響應的試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201610575107.8
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN106226808B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 耿萍;王少鋒;盧志楷;晏啟祥;何悅;張景;陳枰良
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01M7/02;G01N3/24
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 楊春

技術領域

本發明涉及一種隧道抗震試驗裝置，尤其涉及一種模擬斷層錯動下隧道地震響應的試驗裝置及試驗方法。

背景技術

2008年中國汶川發生的5.12汶川大地震導致多座隧道出現不同程度的破壞，在調查的總計57座隧道中，有49座隧道的襯砌發生混凝土塊龜裂、掉落，甚至鋼筋彎曲等不同程度的破壞。

調查表明，當隧道穿越活動斷裂帶時，斷層運動對隧道結構產生剪切作用，地震作用下導致隧道的支護結構受到更大的剪切作用，隧道襯砌發生結構上的破壞，嚴重時可能造成傷亡和損失，并且使交通阻斷難以及時恢復，也無法及時對災區進行抗震救災。隨著隧道建設的發展，修建隧道地區的范圍越來越廣，隧道不可能完全避開斷層帶，因此，對穿越斷層帶的隧道，其結構需要具有良好的抗震性能。

模擬隧道地震響應的試驗裝置可以簡稱地震模型試驗裝置，現有的地震模型試驗裝置不能同時考慮斷層錯動剪切作用和地震對隧道的影響，也無法模擬斷層在隧道受到地震荷載作用時持續發生錯動，這使得實驗過程與實際情況不能高度吻合，試驗結果的真實性和精度都不夠高，不利于穿越斷層隧道抗減震設計研究。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種既能模擬單一場地條件、又能綜合模擬地震作用及斷層影響的模擬斷層錯動下隧道地震響應的試驗裝置及試驗方法。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種模擬斷層錯動下隧道地震響應的試驗裝置，包括振動臺、模型試驗箱、導軌底架、導軌、刻度桿、彈簧矩陣、彈簧安裝板、承重底板、調整連接桿、固定軸承、活動軸承、升降抽屜、千斤頂底座和液壓千斤頂；頂部開口的所述模型試驗箱安裝于所述振動臺上，所述模型試驗箱的一端設有通過轉軸實現旋轉的箱門，所述導軌底架安裝于所述模型試驗箱內的底板上并靠近所述箱門，兩個傾斜且傾斜角度可調的導軌分別安裝于所述導軌底架的兩端且所述導軌的低端靠近所述箱門，兩根豎向的所述刻度桿分別安裝于所述導軌底架的兩端且遠離所述箱門，由多條豎向的彈簧組成的所述彈簧矩陣的下端安裝于所述彈簧安裝板上，所述彈簧安裝板置于所述模型試驗箱內的底板上，所述承重底板置于所述彈簧矩陣的上面，所述承重底板兩端的前后邊緣處分別通過轉軸安裝有兩根可以自由旋轉的所述調整連接桿，同一端的兩根所述調整連接桿的上端相互交叉連接，兩個所述固定軸承分別安裝于靠近所述箱門的兩個所述轉軸的外側，兩個所述活動軸承分別安裝于所述承重底板兩端的所述調整連接桿上，所述承重底板兩端的所述活動軸承和所述固定軸承分別置于兩個所述導軌上并能夠在所述導軌上自由移動，兩個所述活動軸承的內側分別與兩個所述液壓千斤頂的活塞桿活動連接，兩個所述液壓千斤頂分別活動安裝于所述千斤頂底座的兩端，所述千斤頂底座安裝于所述振動臺上并位于所述模型試驗箱外且靠近所述箱門，豎向且寬度略小于所述模型試驗箱的內部寬度的所述升降抽屜的底部與所述承重底板的上面固定連接并位于所述模型試驗箱內。

上述結構中，振動臺用于在試驗時提供振動動力以模擬地震作用；模型試驗箱用作其它部件的安裝基礎并在內部放置隧道模型和土體；導軌底架、導軌和刻度桿共同構成導軌支架，用于支撐承重底板并便于承重底板帶動升降抽屜定向移動，其中刻度桿用于調整導軌傾斜角度時起輔助作用；彈簧矩陣和彈簧安裝板組成彈簧阻尼系統，具體作用有：1、彈簧阻尼系統可以通過調整彈簧數量來模擬多種彈性抗力系數的圍巖；2、在液壓千斤頂拆除后，彈簧阻尼系統為升降抽屜提供支撐，保證隧道模型受到剪切作用，當模擬地震作用時，彈簧阻尼系統可以使隧道模型受到持續剪切作用；3、彈簧阻尼系統能夠發揮自身阻尼的特性，在沒有彈簧阻尼系統的情況下，對升降抽屜施加一定位移模擬斷層錯動，需要在振動臺開始工作前對整個裝置進行穩固，如果此時直接開始振動，由于升降抽屜被固定，隧道模型位于斷層錯動部分的結構會承受巨大內力，可能導致試驗失敗，加入彈簧阻尼系統相當于給予升降抽屜一定的位移活動范圍，從而一定程度上起到緩沖作用；承重底板、調整連接桿、固定軸承和活動軸承共同構成支撐連接架，用于實現在液壓千斤頂推動下升降抽屜的定向移動；千斤頂底座和液壓千斤頂構成液壓動力系統，用于為承重底板帶動升降抽屜定向移動提供液壓動力；升降抽屜用于帶動抽屜內土體定向移動，模擬斷層的上盤錯動。上述調整連接桿的傾斜角度和液壓千斤頂的角度在試驗過程中都需要進行調整以適應導軌的傾斜角度，導軌的傾斜角度表示斷層傾角。

具體地，所述活動軸承的另一端設有用于與所述液壓千斤頂連接的千斤頂連接孔，所述液壓千斤頂的活塞桿通過鉸鏈與所述千斤頂連接孔連接。