[發明專利]一種模擬穿越斷層隧道的實驗裝置

在審

• 申請號: 202110476930.4
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113189304A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 谷音;王浩;陳力波;卓衛東;孫穎;上官萍;黃新藝;林楷奇
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 藍曉玉

本發明公開了一種模擬穿越斷層隧道的實驗裝置，包括第一震動臺、第二震動臺、固定剪切箱、活動剪切箱、斷層模擬區、沙漏卸載裝置和電動升降平臺組成，本發明可模擬跨斷層隧道在振動作用下、斷層錯動作用下、圍巖下沉、以及振動和斷層錯動共同作用下隧道的動力反應，也可以模擬不同埋深對隧道的影響，斷層錯動對隧道影響巨大。本發明裝置真實模擬了跨斷層隧道在振動以及斷層錯動下的隧道動力反應。通過調試振動臺可模擬在不同振動作用的隧道動力反應，通過沙漏卸載裝置可模擬地震作用下的圍巖下沉動力反應，兩部分同時使用可模擬斷層錯動以及振動作用下的隧道反應。

技術領域

本發明涉及模擬隧道的實驗裝置領域，尤其涉及一種模擬穿越斷層隧道的實驗裝置。

背景技術

自改革開放以來，中國經濟迅速發展，隨著經濟的快速發展，交通領域更是發展迅速。鐵路及公路的總里程躋身世界前列，越來越多的鐵路及公路的建設，就難免會穿越山嶺，需要修建大量隧道，在之前修建隧道的過程中，工程師們都是考慮盡量遠離斷層地帶，據統計，地震作用下，斷層處隧道破壞嚴重，但是隨著經濟高速發展，鐵路及公路的普及，就難免穿越斷層帶，對于隧道穿越斷層的研究還遠未成熟，需要研究人員投身到其中。斷層是一種地質構造，由上盤和下盤構成，分為斷層面、斷層線、斷盤、斷距幾種要素，主要表現為兩盤相對錯動，根據兩盤相對運動的關系主要分為：①正斷層，上盤相對下降，下盤相對上升的斷層。②逆斷層：下盤相對下降，上盤相對上升的斷層。③走滑斷層：兩盤巖體沿斷層面走向作水平相對運動的斷層。走滑斷層在地震作用下破壞規模巨大，長度達到幾十到幾百公里。斷層的錯動將會對隧道圍巖的穩定性產生很大影響，將會導致隧道結構發生剪切破壞。例如我國汶川大地震造成四川境內300多座隧道不同程度的損壞。其中斷層處破壞尤為嚴重，日本地震斷層錯動導致正在施工期間的單那山隧道被摧毀，美國圣安德雷斯斷層的錯動也導致幾處鐵路隧道被毀，而且修復比較困難。隨著數值模擬的發展，也有一些研究人員對跨斷層隧道進行研究，但是研究多半具有偶然性，需要大量的模型試驗進行對比驗證數值模擬的準確性，模型試驗成為研究跨斷層隧道的關鍵，所以，模型試驗也是最為有效的反應真實情況的方法。當然，國內已有的跨斷層隧道錯動模型試驗裝置中，如同濟大學發明的跨斷層隧道錯動裝置等。他們只是研究了對于斷層錯動下的受力機理，亦或者是考慮斷層不同傾角，我們都知道，地震作用下斷層不僅只是錯動，雖然斷層錯動對隧道影響巨大，但是地震動還是不能忽略，考慮地震動和斷層錯動共同作用下的隧道受力機理才是和真實情況最為接近的，這樣更能保證結果的真實性。

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模擬穿越斷層隧道的實驗裝置。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

本發明包括第一震動臺、第二震動臺、固定剪切箱、活動剪切箱、斷層模擬區、沙漏卸載裝置和電動升降平臺組成，所述固定剪切箱固定設置于所述第一震動臺上，所述活動剪切箱通過所述沙漏卸載裝置固定設置于所述第二震動臺上，所述斷層模擬區設置于所述固定剪切箱和所述活動剪切箱之間，所述電動升降平臺設置于所述第二震動臺與所述斷層模擬區的下端之間，且所述電動升降平臺靠近所述活動剪切箱。

進一步，所述固定剪切箱由固定剪切箱蓋、固定剪切箱底板、固定剪切箱立柱、固定剪切箱欄桿、固定剪切箱擋板和固定剪切箱活動板組成，所述固定剪切箱立柱為四根，四根所述固定剪切箱立柱的下端固定于所述固定剪切箱底板的四角，所述固定剪切箱欄桿為多根，多根所述固定剪切箱欄桿的兩端橫向固定于相鄰兩根所述固定剪切箱立柱之間，且圍擋所述固定剪切箱底板的三面，所述固定剪切箱擋板固定設置于所述固定剪切箱底板上的第四面，所述固定剪切箱蓋的四角與四根所述固定剪切箱立柱的上端活動連接，所述固定剪切箱擋板由兩塊活動連接而成，且中部上段設置缺口，所述固定剪切箱活動板與所述固定剪切箱擋板的缺口之間活動連接，所述固定剪切箱擋板的外側位于所述斷層模擬區的一側。