[發(fā)明專(zhuān)利]一種可同時(shí)模擬隧道地震及錯(cuò)動(dòng)作用試驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210726779.X
• 申請(qǐng)日: 2022-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115127758A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王劍宏;賈思佳;夏志鵬;耿萍;楊華;劉健
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M7/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M7/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發(fā)明提供一種可同時(shí)模擬隧道地震及錯(cuò)動(dòng)作用試驗(yàn)裝置及方法，涉及隧道抗震設(shè)計(jì)領(lǐng)域，圍巖模型包括至少兩個(gè)圍巖單體，相鄰圍巖單體間隔布置，且至少一個(gè)圍巖單體通過(guò)升降機(jī)構(gòu)連接承載板；隧道模型依次貫穿并連接所有圍巖單體，隧道模型外圓周面均包覆有減隔震層，減隔震層分段布置；振動(dòng)單元通過(guò)承載板向所有圍巖單體同時(shí)施加振動(dòng)；針對(duì)目前模擬試驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)法模擬穿越斷裂帶的地震與錯(cuò)動(dòng)耦合作用的導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不符合實(shí)際的問(wèn)題，通過(guò)承載板向圍巖模型的所有單體同時(shí)施加振動(dòng)，模擬斷裂帶位置實(shí)際地震時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)，結(jié)合升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)圍巖單體模擬錯(cuò)動(dòng)，從而真實(shí)再現(xiàn)穿越斷裂帶的隧道在耦合作用下的力學(xué)行為，獲取合理的試驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道抗震設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種可同時(shí)模擬隧道地震及錯(cuò)動(dòng)作用試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

隧道的長(zhǎng)距離建設(shè)，難免會(huì)有部分區(qū)段會(huì)穿越斷裂帶，而斷裂帶區(qū)域地質(zhì)環(huán)境及荷載條件更為復(fù)雜。斷裂帶位置易受到圍巖的錯(cuò)動(dòng)或蠕滑影響，并且在地震發(fā)生時(shí)，斷裂帶位置的隧道結(jié)構(gòu)受力和形變狀態(tài)與其他位置不同，需要對(duì)此特殊環(huán)境下的隧道的結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行研究分析。

目前的試驗(yàn)研究多采用建立相似比例模型，依托相似比例模型進(jìn)行模擬試驗(yàn)，比如現(xiàn)有技術(shù)(公開(kāi)號(hào)：CN110160725A)中記載了模擬地層不均勻沉降和地震引發(fā)斷層三維錯(cuò)動(dòng)的試驗(yàn)裝置，建立模型箱并模擬斷裂帶，模型箱內(nèi)斷層上盤(pán)底部設(shè)置有同步千斤頂，調(diào)整千斤頂?shù)念A(yù)設(shè)高度，以模擬不同程度的地質(zhì)不均勻沉降條件下地震動(dòng)引發(fā)的斷層三維錯(cuò)動(dòng)；千斤頂上水平設(shè)有中板，中板上設(shè)有若干均勻分布的滾槽，滾槽內(nèi)設(shè)有滾珠，可在滾槽中自由滾動(dòng)以模擬地震的實(shí)際振動(dòng)。但是，受限于滾珠的無(wú)序性振動(dòng)，模擬試驗(yàn)并不能很客觀的反映出真實(shí)地震作用下的隧道破壞形態(tài)與受力狀態(tài)，導(dǎo)致該模擬試驗(yàn)過(guò)程中與斷裂帶位置處實(shí)際的受力狀態(tài)并不一致。實(shí)際上，穿越斷裂帶的隧道會(huì)同時(shí)受到地震作用和斷層錯(cuò)動(dòng)、蠕滑作用的影響，但現(xiàn)有抗震試驗(yàn)技術(shù)無(wú)法模擬多種影響耦合作用下的隧道力學(xué)行為，導(dǎo)致至今沒(méi)有可靠的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)探明斷裂帶區(qū)域的隧道結(jié)構(gòu)行為及破壞情況、也無(wú)法提出合理的減災(zāi)措施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種可同時(shí)模擬隧道地震及錯(cuò)動(dòng)作用試驗(yàn)裝置及方法，通過(guò)承載板向圍巖模型的所有單體同時(shí)施加振動(dòng)，模擬斷裂帶區(qū)域地震時(shí)的實(shí)際振動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)利用升降機(jī)構(gòu)錯(cuò)動(dòng)圍巖單體，從而實(shí)現(xiàn)穿越斷裂帶隧道的地震與錯(cuò)動(dòng)耦合作用真實(shí)模擬，為穿越斷裂帶隧道抗震試驗(yàn)提供有效的裝置及方法。

本發(fā)明的第一目的是提供一種可同時(shí)模擬隧道地震及錯(cuò)動(dòng)作用試驗(yàn)裝置，采用以下方案：

包括依次設(shè)置的圍巖模型、承載板和振動(dòng)單元，圍巖模型包括至少兩個(gè)圍巖單體，相鄰圍巖單體間隔布置，且至少一個(gè)圍巖單體通過(guò)升降機(jī)構(gòu)連接承載板；隧道模型依次貫穿并連接所有圍巖單體，隧道模型外圓周面均包覆有減隔震層，沿隧道模型軸向上，減隔震層分段布置；振動(dòng)單元通過(guò)承載板向所有圍巖單體同時(shí)施加振動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述至少一個(gè)圍巖單體通過(guò)平移機(jī)構(gòu)連接承載板，以調(diào)節(jié)該圍巖單體與其相鄰圍巖單體間距。

進(jìn)一步地，所述圍巖單體之間布置減隔震層作為斷裂帶減隔震結(jié)構(gòu)，圍巖單體與隧道模型之間布置減隔震層作為圍巖減隔震結(jié)構(gòu)，沿隧道模型軸向上，所有減隔震層依次抵接。

進(jìn)一步地，所述升降機(jī)構(gòu)固定于承載板，一個(gè)升降機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)連接至多一個(gè)圍巖單體，以驅(qū)動(dòng)圍巖單體沿隧道徑向移動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述隧道模型、圍巖模型及填充層均設(shè)有用于監(jiān)測(cè)位移和應(yīng)變的監(jiān)測(cè)元件，監(jiān)測(cè)元件分別接入采集模塊。

進(jìn)一步地，所述隧道模型沿長(zhǎng)度方向設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面對(duì)應(yīng)的隧道模型內(nèi)側(cè)、隧道模型外側(cè)、圍巖模型內(nèi)側(cè)和減隔震層內(nèi)均布置有監(jiān)測(cè)元件，監(jiān)測(cè)元件包括加速計(jì)、位移計(jì)和測(cè)取環(huán)向與軸向應(yīng)變的應(yīng)變傳感器。

進(jìn)一步地，所述圍巖單體填充水泥基材料，以固定隧道模型與圍巖單體。