[發明專利]穿越斷層隧道開挖模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201710584542.1
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107328898B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 李科;江星宏;丁浩;吳夢軍;郭鴻雁;方林
• 申請（專利權）人: 招商局重慶交通科研設計院有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 重慶棱鏡智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 50222
• 代理人: 李興寰

本發明提供的一種穿越斷層隧道開挖模擬實驗裝置，利用兩兩鉸接的短鋼板模擬由圍巖容重差異或高程差異導致的不均勻的圍巖壓力。鉸接短鋼板能傳遞剪力但不傳遞彎矩，使得模擬不均勻圍巖壓力的同時又不會因壓力驟變而產生剪切破壞成為可能；通過紗網能靈活控制斷層的厚度及傾角，得出更符合實際的斷層模型，尤其在松軟斷層中更為明顯；隧道襯砌模型兩端的馬蹄形軟膠墊既能防止圍巖材料進入隧道，又能防止出現因隧道結構與前后兩側的鋼化玻璃在壓力作用下直接接觸產生的集中應力導致隧道襯砌模型破壞或鋼化玻璃破裂的現象。本方案能做到通過控制單一變量研究斷層地質對隧道的定量影響。

技術領域

本發明涉及隧道試驗技術領域，具體涉及穿越斷層隧道開挖模擬實驗裝置。

背景技術

隧道在穿越斷層時，極易出現塌方、大變形、突水突泥等工程問題，這將極大增加工程難度與費用，甚至造成安全事故。開展模型試驗對斷層破碎帶進行施工力學、圍巖破壞規律及圍巖穩定性研究能有效預防或處置該類災害。

現有技術中，西南交通大學于2016年申請的申請號為201610004012.0的模擬隧道穿越活動斷層的位移同步控制裝置及試驗方法，公開了其裝置的構成是無蓋的模型試驗箱由活動的左半箱和固定的右半箱構成，左半箱通過加載板及水平加載裝置連接于反力架上，通過下方的豎向加載裝置連接于底座的水平移動副上，右半箱直接通過高強螺栓固定于底座上，右半箱的斜邊與左半箱的斜邊平行，且通過移動副連接。模型試驗箱內設置有用于固定隧道模型的模型空間旋轉支架。該裝置能夠模擬不同形式(走滑、傾向、斜向)、不同空間位置(隧道與斷層交角、傾角關系)位移同步控制加載的活動斷層粘滑錯動下隧道破壞機制的試驗，為隧道的設計與施工提供可靠的試驗數據，以保證隧道的運營安全。

但是，現有的斷層模型穿越斷層隧道開挖模擬實驗在隧道埋深、斷層厚度、斷層傾角與斷層與隧道軸線夾角等方面過于單一，無法精確控制變量，進而研究隧道穩定性與各因素之間的定量關系，所測得的結果在實際應用中常有難以調適的偏差，不具有代表性，因此難以靈活適應多變的工程實際地質情況。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種穿越斷層隧道開挖模擬實驗裝置，能靈活控制隧道埋深、斷層厚度、斷層傾角、斷層與隧道軸線夾角等變量，能適應各種斷層環境的試驗裝置。

本發明提供的一種穿越斷層隧道開挖模擬實驗裝置，包括試驗箱體1，固定鋼架2、U型鋼3、角鋼4、千斤頂5、傳力鋼板7、圍巖模擬材料9、斷層模擬材料10、隧道襯砌模型11、差動式數顯位移計13、應變式土壓力盒14、鉸接裝置16；

固定鋼架2下端穿過試驗箱體1，固定鋼架2為四組，四組固定鋼架2沿隧道軸向平行分布；固定鋼架2之間下端通過U型鋼3連接，下端通過角鋼4相連接；千斤頂5上頂固定于固定鋼架2的上部，千斤頂5的下頂設置于傳力鋼板7上；傳力鋼板7由四塊短鋼板通過鉸接裝置16拼接而成，每節短鋼板上設置有千斤頂5；傳力鋼板7與試驗箱體1所圍空間填充圍巖模擬材料9及斷層模擬材料10；隧道襯砌模型1沿試驗箱體1長度方向穿過圍巖模擬材料9和斷層模擬材料10；差動式數顯位移計13和應變式土壓力盒14沿隧道襯砌模型11初襯外側布設。

進一步的，圍巖模擬材料9和斷層模擬材料10之間以紗網8相隔，紗網8用射釘15固定在試驗箱體1上。

進一步的，隧道襯砌模型11兩端通過馬蹄形軟膠墊12與試驗箱體1相連。

進一步的，千斤頂5下頂與傳力鋼板7之間設置有防滑墊塊6。

進一步的，試驗箱體1左、右、下三面為內側木板外側鋼板的復合結構。

進一步的，試驗箱體1前后兩側為透明鋼化玻璃。

進一步的，圍巖模擬材料9由河沙、石英砂、粉煤灰、機油配制而成。

進一步的，斷層模擬材料10由細砂、粉煤灰和鋸末配制而成。