[发明专利]可以模拟不同倾角断层的隧道开挖模型实验箱及使用方法

说明书

本发明提供一种可以模拟不同倾角断层的隧道开挖模型实验箱，包括：箱体、隔板、U型槽和角度调节装置；箱体包括底板和侧板，箱体内设有柱状的开挖洞口，开挖洞口在箱体相对的两个侧板上行成有孔洞，与此相对的两个侧板相邻的侧板上设有弧形开孔；所述U型槽贴合在所述箱体设有弧形开孔的侧板上，一端与箱体的底板铰接，另一端通过角度调节装置与箱体的侧板连接；角度调节装置具有松脱和紧固两个状态；所述隔板容置于所述U型槽内并可沿所述U型槽自由滑动。与传统技术相比，本申请的实验箱，可以改变装置的倾角来进行具有不同倾角土样的填土，能有效且准确地模拟出具有一定厚度和倾角的断层。

技术领域

本发明涉及一种隧道开挖模型实验模型箱，尤其涉及一种具有不同倾角的断层的开挖模型实验模型箱，具体为一种可以模拟不同倾角断层的隧道开挖模型实验箱及使用方法。

背景技术

国家对西部地区交通基础设施领域的投资力度不断加大，出现了大量的山岭隧道，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，从而给隧道工程的施工和设计带来极大的挑战。因此，对跨越断层破碎带的隧道围岩施工力学行为和破坏特征进行试验研究，具有重要的理论意义和工程实用价值。

现有技术中，同济大学自主开发出了一种用来进行模拟跨越断层隧道开挖时围岩的变形与破坏的平面应变式岩体物理模型试验系统，如图4所示，该实验系统在实验前将配置好的模型材料土样导入箱内并每次以5cm厚度进行填充并碾压均匀。制作断层时先将地层切割成 V字形，再在一侧均匀铺设一层滑石粉至设定厚度(2cm厚，模拟断层，并非为实际断层厚度)，再按照之前填土方法将缺失地层补齐。最终进行隧道开挖来模拟实际穿越断层隧道的开挖工程围岩的变形与破坏。

又如，中国专利(CN112067789A)公开了一种模拟穿越断层隧道开挖的实验装置，包括试验箱体、加载结构、支架结构、传力钢板、围岩模拟材料、断层模拟材料、隧道衬砌模型；实验箱体为无盖箱状结构；围岩模拟材料、断层模拟材料、隧道衬砌模型均位于实验箱体中；隧道衬砌模型初衬外侧布设有差动式数显位移计和应变式土压力盒；加载结构的一端与支架结构连接，另一端连接传力钢板；传力钢板正对实验箱体的开口面，用于挤压实验箱体中的围岩模拟材料。本发明在传力钢板底面活动连接有多个传压块，传压块由驱动件驱动可以沿传力钢板轴向移动，挤压实验箱体中的围岩模拟材料，从而调整围岩模拟材料的局部压力，提高了实验参数调整的灵活性。

然而，本申请发明人在研究中发现，以上现有技术存在以下的缺点：

1.通过倾斜填土的方法模拟断层的倾角不太准确且难以控制；

2.难以通过填土模拟出具有一定厚度和倾角的三维断层；

3.要想系统改变模型试验中断层的厚度和倾角较为不方便。

因此，迫切需要一种可以模拟不同倾角断层的隧道开挖模型实验箱以克服现有技术存在的问题。

发明内容

本发明针对现有含断层的隧道开挖模型实验模型箱在使用过程中不能改变断层倾角和厚度的缺陷，提出一种装置简单、制作成本低，能够适用于含不同倾角及厚度的断层的隧道开挖角度调节装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可以模拟不同倾角断层的隧道开挖模型实验箱，包括：

箱体、隔板、U型槽和角度调节装置；

箱体包括底板和侧板，箱体内设有柱状的开挖洞口，开挖洞口在箱体相对的两个侧板上行成有孔洞，与此相对的两个侧板相邻的侧板上设有弧形开孔；

所述U型槽贴合在所述箱体设有弧形开孔的侧板上，一端与箱体的底板铰接，另一端通过角度调节装置与箱体的侧板连接；