[发明专利]隧道断层破碎带变形破坏的模拟装置及方法

说明书

本发明涉及隧道断层破碎带变形破坏物理模拟技术领域，公开了隧道断层破碎带变形破坏的模拟装置及方法。包括承载框架、环向千斤顶、试验内槽、岩土填充槽、隧道开挖面、作动器支架、作动器、背面反力墙、背面千斤顶及隧道衬砌模型，所述环向千斤顶固定安装在所述承载框架内壁上，所述试验内槽位于所述承载框架内部，所述隧道开挖面位于所述试验内槽上，所述隧道衬砌模型设置在所述隧道开挖面处，所述作动器支架与所述作动器连接，组成作动装置，所述背面千斤顶与所述背面反力墙固定连接，所述环向千斤顶、所述背面千斤顶与所述试验内槽配合，对所述试验内槽外壁施加荷载。本发明能够突破以往模拟装置只能平面错动的问题，模拟结果更加真实可靠。

技术领域

本发明涉及隧道断层破碎带变形破坏物理模拟技术领域，更具体而言，涉及一种通过多个方向施加荷载实现断层活化效应，以及模拟隧道受列车动荷载及地震荷载作用下穿越断层破碎带时，隧道结构变形及破坏的模拟试验装置及其操作方法。

背景技术

随着我国经济飞速发展，基础设施建设也在不断完善，隧道工程得到前所未有的发展，目前已经成为世界上隧道工程建设规模最大、发展速度最快、结构最复杂的国家。近年来伴随着基础设施建设的逐步推进，国家对西部地区交通基础设施领域的投资力度不断加大；但我国西部多为山地，地质条件复杂，地震较频繁，隧道建设不可避免地需要经过断层、高烈度地震区域，隧道在施工中经常会遇到断层及破碎带等不良地质。诸多的工程实践和相关研究表明，隧道围岩的变形与破坏一般受断层破碎带等软弱结构面控制，如果处理不当，特别容易诱发涌水、突泥和隧道塌方等事故，从而给隧道工程的设计和施工带来极大的挑战。其中模型试验作为一种科学有效的研究手段，在隧道工程领域起到了重要的作用。

模型试验依据一定的模型比例尺寸模拟隧道开挖及运行时隧道变形特征与破坏特性。现阶段隧道模型试验装置基本趋于完善，但现有试验台架只能实现平面应变三向加载，针对模拟断层，实现断层活化、列车动荷载以及地震作用下穿越断层破碎带隧道结构变形模拟试验装置及方法的研究还相对匮乏。

发明内容

本发明申请的目的是设计一种能够实现断层活化效应，并能模拟隧道受列车动荷载及地震荷载作用下穿越断层破碎带时，隧道结构的变形及破坏的模拟试验装置；同时也具体介绍了该试验装置的操作方法，以解决隧道结构处于列车动荷载及地震作用下穿越断层破碎带时的变形破坏问题。

为了实现上述目的，本发明的一个方面的技术方案提供了隧道断层破碎带变形破坏的模拟装置，包括：承载框架、环向千斤顶、试验内槽、岩土填充槽、隧道开挖面、作动器支架、作动器、背面反力墙、背面千斤顶及隧道衬砌模型，其中，所述环向千斤顶固定安装在所述承载框架内壁上，所述试验内槽位于所述承载框架内部，所述试验内槽内侧为所述岩土填充槽，所述隧道开挖面位于所述试验内槽上，所述隧道衬砌模型设置在所述隧道开挖面处，所述隧道衬砌模型贯穿所述试验内槽的前、后表面，所述作动器支架与所述作动器连接，组成作动装置，所述作动装置通过伸入所述隧道衬砌模型中，与所述隧道衬砌模型相配合，所述背面千斤顶与所述背面反力墙固定连接。

本发明上述技术方案提供的隧道断层破碎带变形破坏的模拟装置，通过承载框架与环向千斤顶相结合组成的加载反力装置，相比于现有装置，能够同时进行多个方向上的荷载模拟，使模拟结果更加准确，模拟结果更具备参考性，能够有效克服现有装置只能单向施加荷载的不足，具有显著的有益效果。

另外，本发明上述技术方案提供的隧道断层破碎带变形破坏的模拟装置还具有如下技术特征：

作为本发明的一种优选方案，所述承载框架与所述环向千斤顶共同组成加载反力装置。

作为本发明的一种优选方案，所述环向千斤顶与所述背面千斤顶相结合对所述试验内槽外壁施加荷载。

作为本发明的一种优选方案，所述作动器安装在所述作动器支架底部，所述作动器的数量不少于2个，所述作动器均匀排布在所述作动器支架上。