[发明专利]一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法，该装置包括：活动模型件，用于模拟断层活动盘；固定模型件，用于模拟断层固定盘；设置在活动模型件的底部的第一平移装置，包括第一驱动装置和第一导轨，第一驱动装置用于驱动活动模型件在第一导轨上平移；第二驱动装置，设置在第一平移件的下部，用于升降第一平移装置和活动模型件；设置在活动模型件上的第一连接件和设置在固定模型件的第二连接件，第一连接件和第二连接件之间设置有第二导轨，用于活动模型件和第一连接件沿着第二导轨运动。本发明实现了不同类型、不同倾角断层错动下隧道的动力响应模拟，有利于穿越断层隧道的破坏机理与抗断错设计研究。

技术领域

本发明涉及断层错动下的隧道模拟领域，特别涉及一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法。

背景技术

随着我国交通运输事业的迅速发展，交通基础设施建设的重点将逐渐由东南沿海向中部、西北和西南山区转移。而西南山区受印度洋板块与欧亚板块碰撞影响，高山河谷切割剧烈、岩体破碎，活动断裂密集展布。在交通基础设施的修建过程中，特别是中长隧道，不可避免的会穿越大量活动断层，而活动断层的缓慢错动将会对隧道围岩的稳定性产生严重影响，将会导致隧道结构发生剪切破坏。例如美国的圣安德雷斯断层错动导致2座铁路隧道被毁；Sylmar断层发生错动致使圣佛那多隧道发生位移和错位，隧道衬砌产生大量裂缝；日本的单那山断层错动致使正在施工的单那山隧道被毁；我国汶川大地震造成四川境内300余座隧道不同程度的损坏。由于断层错动对隧道结构的破坏具有一定的偶然性和时间性，通过现场试验手段进行研究是十分困难的。而采用数值模拟方法研究断层错动作用下隧道结构的动力响应，同样需要大量的试验数据对数值模拟结果进行验证。因此，采用模型试验研究断层错动下隧道的动力响应是最为有效研究方法。

断层是地壳受力发生断裂，沿断裂面两侧岩块发生的显著相对位移的构造，根据断层错动方式的不同，常见的断层类型大致分为正断层、逆断层、走滑断层以及走滑与逆冲耦合断层四类。然而，现有的断层错动下隧道破坏模拟试验装置及方法均以单一工况为基础，只考虑断层单一的错动方式和固定的断层倾角，不能模拟断层多种错动方式，且固定的断层倾角使得试验装置及方法适应性较差，不能为穿越断层隧道的破坏机理与抗断错设计研究提供支撑。

发明内容

为解决上述至少一个技术问题，本说明书实施例提供了一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置及方法。

一方面，本说明书实施例提供的一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置，包括：

活动模型件，用于模拟断层活动盘；

固定模型件，用于模拟断层固定盘；

设置在所述活动模型件的底部的第一平移装置，包括第一驱动装置和第一导轨，所述第一驱动装置用于驱动所述活动模型件在所述第一导轨上平移；

第二驱动装置，设置在所述第一平移件的下部，用于升降所述第一平移装置和所述活动模型件；

设置在所述活动模型件上的第一连接件和设置在所述固定模型件的第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件之间设置有第二导轨，用于所述活动模型件和所述第一连接件沿着所述第二导轨运动。

进一步地，还包括，第三驱动装置和用于支撑所述固定模型件的固定模型件支架；所述活动模型件和所述固定模型件的底部分别设置有第一活动底板和第二活动底板；所述第三驱动装置的一端与所述第二活动底板刚性连接，所述第三驱动装置的另一端与所述固定模型件支架刚性连接；所述第三驱动装置用于驱动所述第二活动底板滑动，进而带动所述第一活动底板滑动和所述第二连接件转动。

另一方面，本说明书实施例提供的一种用于模拟断层错动下隧道动力响应的方法，包括：

基于实际工程中的包括隧道参数、围岩参数、断层参数在内的物理参数，基于相似理论建立相似体系，所述相似体系用于建立上述的用于模拟断层错动下隧道动力响应的装置以及获取所述动力响应的指标；