[實用新型]一種模擬隧道遭受平移式斷層作用的動力響應(yīng)測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820708661.3
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN208636312U
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉彬;符文熹;張勇;魏玉峰;周洪福;夏敏;柏永巖;文聯(lián)勇
• 申請（專利權(quán)）人: 四川省地質(zhì)調(diào)查院;四川大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 成都泰合道知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51231
• 代理人: 呂曉霞

本實用新型公開了一種模擬隧道遭受平移式斷層作用的動力響應(yīng)測試裝置，包括箱體、滑軌機(jī)構(gòu)，所述箱體包括反力框架、試驗箱、彈簧，所述箱體包括反力框架、試驗箱、彈簧、滑槽、支架；所述的試驗箱中間斷開分為左盤和右盤兩部分。本實用新型從滑槽下落周期性的撞擊試驗箱，并通過小球開始下落時的高度、釋放小球的不同時間間隔，來模擬地震區(qū)水平、豎直地震動耦合作用下隧道圍巖地震動力響應(yīng)試驗，再現(xiàn)地震區(qū)隧道圍巖地震波動力作用響應(yīng)過程和響應(yīng)方式，試驗箱的上右盤設(shè)置，模擬了發(fā)震時地層錯動對隧道圍巖的影響，為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等提供準(zhǔn)確可靠的建議，對工程建設(shè)進(jìn)行抗震設(shè)防。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種模擬隧道遭受地震的動力響應(yīng)測試裝置。

背景技術(shù)

地震是地殼快速釋放能量過程中造成的振動，期間會產(chǎn)生地震波的一種自然現(xiàn)象。地震波按傳播方式分為三種類型：縱波、橫波和面波。縱波是推進(jìn)波，地殼中傳播速度為5.5～7 千米/秒，最先到達(dá)震中，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動，破壞性較弱。橫波是剪切波，在地殼中的傳播速度為3.2～4.0千米/秒，第二個到達(dá)震中，又稱S波，它使地面發(fā)生前后、左右抖動，破壞性較強(qiáng)。面波又稱L波，是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波。其波長大、振幅強(qiáng)，只能沿地表面?zhèn)鞑ィ窃斐山ㄖ飶?qiáng)烈破壞的主要因素。震中附近振動最強(qiáng)烈，破壞比也最嚴(yán)重的地區(qū)稱為極震區(qū)，地震發(fā)生時，最基本的現(xiàn)象是地面的連續(xù)振動，主要是明顯的晃動，極震區(qū)的人在感到大的晃動之前，有時首先感到上下跳動，即縱波首先到達(dá)，然后是橫波引起的左右晃動，然后才是面波引起的大的晃動。

隧道圍巖即隧道開挖后其周圍一定范圍內(nèi)，對其穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響的那部分巖(土)體。隧道周圍的地層可以是軟硬不一的巖石，也可以是松散的土，把土視為一種特殊的(風(fēng)化破碎嚴(yán)重的)巖石，所以隧道周圍的地層，不管是土體還是巖體，統(tǒng)稱為圍巖。這個范圍在橫斷面上約為6～10倍的洞徑。一般認(rèn)為在地震荷載作用下，地下隧道圍巖的振動加速度小于地面，而且圍巖有足夠的剛度保持隧道形狀不變，因此，隧道有較好的抗震性能。然而，此觀點與 20世紀(jì)末期的兩次大地震結(jié)果相背馳，1995年阪神地震造成災(zāi)區(qū)內(nèi)10％的山嶺隧道受到嚴(yán)重破壞；1999年中國臺灣集集地震后，臺灣中部距發(fā)震斷層25km范圍內(nèi)的44座受損隧道中，嚴(yán)重受損者達(dá)25％，中等受損者25％。

我國西南部地區(qū)是高烈度地震的多發(fā)區(qū)，也是在建或擬建的大型水電工程和巖土工程地下隧道群較多的重點區(qū)域。隧道的地震設(shè)計烈度要求高，隧道修建時的動力響應(yīng)和圍巖穩(wěn)定是高地震烈度區(qū)域地下工程建設(shè)需要重點研究和解決的問題。地下隧道的穩(wěn)定性分析主要包括整體穩(wěn)定性分析(過度的塑性區(qū)變形)和局部塊體的穩(wěn)定性分析(邊墻或頂拱的塊體垮塌)。 2011年日本東海岸地震以及2008年中國汶川地震實例證明，地震荷載作用下地下隧道變形和破壞可以直接導(dǎo)致邊墻和拱頂?shù)乃浜退淼纼?nèi)部建筑破損斷裂等，對地下工程安全造成嚴(yán)重影響。

震中為震源在地表的投影點。震中也稱震中位置，是震源在地表水平面上的垂直投影用經(jīng)、緯度表示。實際上震中并非一個點，而是一個區(qū)域。震中也有一定范圍，稱為震中區(qū)，震中區(qū)是地震破壞最強(qiáng)的地區(qū)。在震中發(fā)震時常會引起地層錯斷，按錯斷的形式，通常按斷層的位移性質(zhì)分為：上盤相對下降的正斷層；上盤相對上升的逆斷層。斷層面傾角小于30°的逆斷層又稱沖斷層，正斷層和逆斷層的兩盤相對運動方向均大致平行于斷層面傾斜方向，故又統(tǒng)稱為傾向滑動斷層；兩盤沿斷層走向作相對水平運動的平移斷層，又稱走向滑動斷層。處于震中的隧道圍巖亦會發(fā)生錯動，導(dǎo)致隧道圍巖的響應(yīng)十分復(fù)雜，目前研究地震動力作用常采用數(shù)值方法進(jìn)行模擬，同時多采用振動臺試驗以及動力離心模型試驗等大型模型試驗來模擬地震作用，模擬圍巖處于封閉的試驗箱中的響應(yīng)情況，僅考慮了地震時能量均勻傳遞過來對隧道的作用，然而鮮有涉及簡易地震動力的模擬測試裝置，能再現(xiàn)震中隧道在發(fā)震時發(fā)生相對水平方向平移錯動的地震動力響應(yīng)。因此，亟需研制出一種可模擬震中隧道遭受地震的動力響應(yīng)測試裝置，實現(xiàn)試驗設(shè)備制作便捷，測試方法簡單、經(jīng)濟(jì)、可重復(fù)。

實用新型內(nèi)容