[發明專利]一種用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011318812.2
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112116861B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 楊長衛;張良;瞿立明;劉陽;馬素健
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G09B23/40
• 分類號: G09B23/40
• 代理公司: 北京集智東方知識產權代理有限公司 11578
• 代理人: 陳亞斌;關兆輝

本發明公開了一種用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的裝置及方法，該裝置包括：活動模型件，用于模擬斷層活動盤；固定模型件，用于模擬斷層固定盤；設置在活動模型件的底部的第一平移裝置，包括第一驅動裝置和第一導軌，第一驅動裝置用于驅動活動模型件在第一導軌上平移；第二驅動裝置，設置在第一平移件的下部，用于升降第一平移裝置和活動模型件；設置在活動模型件上的第一連接件和設置在固定模型件的第二連接件，第一連接件和第二連接件之間設置有第二導軌，用于活動模型件和第一連接件沿著第二導軌運動。本發明實現了不同類型、不同傾角斷層錯動下隧道的動力響應模擬，有利于穿越斷層隧道的破壞機理與抗斷錯設計研究。

技術領域

本發明涉及斷層錯動下的隧道模擬領域，特別涉及一種用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的裝置及方法。

背景技術

隨著我國交通運輸事業的迅速發展，交通基礎設施建設的重點將逐漸由東南沿海向中部、西北和西南山區轉移。而西南山區受印度洋板塊與歐亞板塊碰撞影響，高山河谷切割劇烈、巖體破碎，活動斷裂密集展布。在交通基礎設施的修建過程中，特別是中長隧道，不可避免的會穿越大量活動斷層，而活動斷層的緩慢錯動將會對隧道圍巖的穩定性產生嚴重影響，將會導致隧道結構發生剪切破壞。例如美國的圣安德雷斯斷層錯動導致2座鐵路隧道被毀；Sylmar斷層發生錯動致使圣佛那多隧道發生位移和錯位，隧道襯砌產生大量裂縫；日本的單那山斷層錯動致使正在施工的單那山隧道被毀；我國汶川大地震造成四川境內300余座隧道不同程度的損壞。由于斷層錯動對隧道結構的破壞具有一定的偶然性和時間性，通過現場試驗手段進行研究是十分困難的。而采用數值模擬方法研究斷層錯動作用下隧道結構的動力響應，同樣需要大量的試驗數據對數值模擬結果進行驗證。因此，采用模型試驗研究斷層錯動下隧道的動力響應是最為有效研究方法。

斷層是地殼受力發生斷裂，沿斷裂面兩側巖塊發生的顯著相對位移的構造，根據斷層錯動方式的不同，常見的斷層類型大致分為正斷層、逆斷層、走滑斷層以及走滑與逆沖耦合斷層四類。然而，現有的斷層錯動下隧道破壞模擬試驗裝置及方法均以單一工況為基礎，只考慮斷層單一的錯動方式和固定的斷層傾角，不能模擬斷層多種錯動方式，且固定的斷層傾角使得試驗裝置及方法適應性較差，不能為穿越斷層隧道的破壞機理與抗斷錯設計研究提供支撐。

發明內容

為解決上述至少一個技術問題，本說明書實施例提供了一種用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的裝置及方法。

一方面，本說明書實施例提供的一種用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的裝置，包括：

活動模型件，用于模擬斷層活動盤；

固定模型件，用于模擬斷層固定盤；

設置在所述活動模型件的底部的第一平移裝置，包括第一驅動裝置和第一導軌，所述第一驅動裝置用于驅動所述活動模型件在所述第一導軌上平移；

第二驅動裝置，設置在所述第一平移件的下部，用于升降所述第一平移裝置和所述活動模型件；

設置在所述活動模型件上的第一連接件和設置在所述固定模型件的第二連接件，所述第一連接件和所述第二連接件之間設置有第二導軌，用于所述活動模型件和所述第一連接件沿著所述第二導軌運動。

進一步地，還包括，第三驅動裝置和用于支撐所述固定模型件的固定模型件支架；所述活動模型件和所述固定模型件的底部分別設置有第一活動底板和第二活動底板；所述第三驅動裝置的一端與所述第二活動底板剛性連接，所述第三驅動裝置的另一端與所述固定模型件支架剛性連接；所述第三驅動裝置用于驅動所述第二活動底板滑動，進而帶動所述第一活動底板滑動和所述第二連接件轉動。

另一方面，本說明書實施例提供的一種用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的方法，包括：

基于實際工程中的包括隧道參數、圍巖參數、斷層參數在內的物理參數，基于相似理論建立相似體系，所述相似體系用于建立上述的用于模擬斷層錯動下隧道動力響應的裝置以及獲取所述動力響應的指標；