[发明专利]模拟隧道穿越断层破碎带的试验装置

说明书

本发明公开了模拟隧道穿越断层破碎带的试验装置，包括活动箱体、固定箱体、破碎带模拟区、刚性底板、纵向约束装置、竖向加载装置、侧向加载装置。该装置可模拟不同埋深条件下，不同断层与隧道交角，不同破碎带宽度，隧道穿越走滑断层的受力状况，探究隧道衬砌的受力机理及破坏模式，为跨断层隧道结构设计提供真实的参考依据。该装置真实的模拟了断层破碎带。通过调节约束框弹簧压缩量和配重块高度，该装置可以模拟在不同埋深条件下，隧道穿越走滑断层，隧道衬砌的受力机理及破坏模式。通过调节衬砌开孔板和调节板的大小、布置方式，可以模拟隧道与断层在不同交角条件下，隧道穿越走滑断层，隧道衬砌的受力机理及破坏模式。

技术领域

本发明属于隧道模型试验装置领域，涉及一种模拟隧道穿越走滑断层的试验装置。

背景技术

断层作为一种地质构造，其活动主要表现为相对错动。根据断层两盘相对运动的性质和力学背景，可将断层分为倾滑断层和走滑断层。其中，走滑断层发震时破坏规模大，长度达数十公里至数百公里。构造运动中，大规模的断层往往不是沿一个简单的面发生，而是沿着一个错动带发生，该带称为断层破碎带，其宽度以数十米居多。

我国西南地区，地震活动频繁，地震烈度高，为我国地震最活跃的区域之一。由于地处高山峡谷，基础设施工程中，隧道比重较大。随着我国建设大西南的力度不断加大，高速铁路、高速公路、引水隧洞等重大工程建设当中，特别是长大隧道，不可避免的需要穿越多条断裂带。如邓家坪隧道长10km,穿越9条断裂带；雅泸高速的泥巴山隧道长10km，穿越15条断裂带；滇中引水香炉山隧洞长约63km，穿越16条主要断裂带，其中40%为走滑断层。因此，通过模型试验平台，研究断层错动下，真实的反应隧道衬砌结构的响应机理及破坏模式，成为解决隧道抗震设防中的关键问题。

目前，国内已有的跨断层隧道错动模型试验装置中，如刘学增、崔光耀等探究了倾滑断层下隧道衬砌抗错断的受力机理；高波等探究了走滑断层下隧道衬砌抗错断的受力机理。但大部分模型试验装置均适用于浅埋隧道，对于深埋隧道的错动试验装置，还属空白。其次，各试验装置中断层破碎带的模拟，仅在岩性上加以区分，模型箱并没有断层破碎带段的设计，导致试验结果的真实性不能保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟隧道穿越走滑断层的试验装置，该装置能够实现断层破碎带宽度的模拟，并为断层破碎带提供独立的刚性约束。另外，该试验装置可模拟不同埋深条件下，不同断层与隧道交角，不同破碎带宽度，隧道穿越走滑断层的受力状况，探究隧道衬砌的受力机理及破坏模式，为跨断层隧道结构设计提供真实的参考依据。

为实现上述目的，模拟隧道穿越走滑断层的试验装置，其特征为：

模拟隧道穿越走滑断层的试验装置，包括活动箱体、固定箱体、破碎带模拟区、刚性底板、纵向约束装置、竖向加载装置、侧向加载装置。

活动箱体部分由加载侧约束板、侧约束板、横断面约束板、连接横梁及活动底座组成。各约束板及活动底座均由型钢焊接而成；活动箱体由各约束板和活动底座，通过螺栓连接而成。活动底座之下放置圆钢，圆钢置于刚性底板之上，以使箱体横向错动。横断面约束板中的衬砌开孔板和调节板，可设置不同大小，不同的布置方式，可以模拟隧道与断层的不同交角。开孔板、调节板与横断面约束板螺栓连接。

固定箱体部分由侧约束板、横断面约束板、连接横梁及固定底座组成。各约束板及固定底座均由型钢焊接而成，活动箱体由各约束板和固定底座，通过螺栓连接而成。底座与刚性底板焊接，约束箱体运动。横断面约束板中的衬砌开孔板和调节板，可设置不同大小，不同的布置方式，可以模拟隧道与断层的不同交角。开孔板、调节板与横断面约束板螺栓连接。

破碎带模拟区由数个约束框组成，每个约束框由底部滑轮、上部弹簧加载装置、框间防挤压轴承组成。底部滑轮置于刚性底板之上，使约束框可以横向自由错动；上部弹簧加载装置中螺口钢棍固定在约束框上，围岩加载板与传力压杆、传力横板、标尺杆焊接一体，且传力压杆自由穿越约束框，标尺杆自由穿越弹簧和顶横梁；顶横梁被螺母约束在螺口钢棍上。