[发明专利]一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置

说明书

本发明公开了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，试验架上设置有刻度标识结构；试验模型块包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体设置在试验架中且与其紧密贴合；第一加荷板水平布置在透明亚克力板矩形箱体的底端面；第二加荷板垂直第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面。本发明提供了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，能够精确模拟断层产状，同时能够在避免出现“立体箱效应”以及保证模拟初始应力场的前提下，量化模拟断层活化过程，实现对衬砌开裂过程及破坏形态的观测，保证试验准确性、合理性，提高试验规范性以及可操作性。

技术领域

本发明涉及试验装置技术领域，更具体的说是涉及一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置。

背景技术

相似模拟试验一直是现今试验研究的主流试验验证方法，利用相似材料模拟用于隧道、地下结构等真实的工程条件，试验观察和研究工程衬砌结构、围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，通过相似模拟试验进一步认识衬砌--围岩耦合应力转换的机理，从而对于寻求有效的隧道工程衬砌--围岩耦合极限应力阙值是非常有益的。

大量工程实践表明，隧道、地下工程断层段是隧道抗错动的薄弱环节。因此，对于高烈度地震区和断裂带的错动反应；衬砌--围岩--断层带在断层错动过程中应力重分布及能量转换关系；跨断层隧道的断层活动破坏机理；评价跨断层隧道的抗错动安全性等成为了试验室三维模拟的研究趋势。

并且，在目前相似模拟试验中，立体试验模拟试验装置大多使用固定模型装置，或改装的双向错动模拟装置，亦或忽略重力影响的倾倒式三维试验装置，但由于上述试验装置需要将试验土装入在试验箱中，则利用试验土构成的模型模拟隧道等地下工程结构发生断层时，导致试验土构成的模型与试验箱之间发生相对错动而产生较大的摩擦力，从而产生“立体箱效应”，导致应力不均，影响试验数据的准确性，以及当轴向应力变大时，边界效应尤为明显，导致难以进行预定应力路径的试验，导致操作性较差；

同时，对于双向错动模拟装置，通常使用刚性加荷的方式，试验土体变形较小，应变较大，则当双向施加水平应力(两个水平应力的方向相反)时，两个方向的加荷板在夹角处会相互接触而制约主应力方向的错动，导致影响试验数据的准确性，并且操作性较差；

而对于倾倒式三维试验装置，模拟断层错动时通常将立体模型倾倒放置，通过水平方向施加作用模拟断层错动，但此方法忽略了重力影响，对于隧道初始应力场的模拟有待考究，且当逆断层错动时垂直方向错动与水平方向错动比值大于断层倾角正切时，上盘会出现悬挑梁结构，因此上述方法中难以模拟上盘悬挑梁结构，同样影响试验数据的准确性，且操作性较差。

因此，如何提供一种准确模拟工程实况，同时提高操作性能的模拟断层错动的三维相似物理试验装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，能够精确模拟断层产状(走向、倾向和倾角)，同时能够在避免出现“立体箱效应”以及保证模拟初始应力场的前提下，量化模拟断层活化过程，实现对衬砌开裂过程及破坏形态的观测，保证试验准确性、合理性，提高试验规范性以及可操作性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，包括试验架、试验模型块、第一加荷板、第二加荷板、第一液压装置及第二液压装置，所述试验架上设置有刻度标识结构；

所述试验模型块包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体设置在所述试验架中且与其紧密贴合；

所述第一加荷板水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧；

所述第二加荷板垂直所述第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；