[发明专利]断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统及试验方法

权利要求书

1.断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统，其特征在于：包括断层错动台架系统、断层错动顶升系统、加载与错动控制系统；所述的断层错动台架系统，由断层上盘系统、断层下盘系统、加载作动器和台架旋转装置组成，其中断层上盘系统和断层下盘系统中的任一系统与断层错动顶升系统相连，断层错动顶升系统用于实现断层上盘系统和断层下盘系统的相对滑动，进而实施试验模型体的断层错动；

所述断层错动顶升系统包括断层错动防扭装置、外框平衡装置和液压顶升装置；所述的液压顶升装置与断层上盘系统或者断层下盘系统连接，断层错动防扭装置一端与断层上盘系统或者断层下盘系统连接，另一端与外框平衡装置连接；所述的断层错动防扭装置包括防扭油缸、防扭弹簧、弹簧套筒、弹簧固定板和套筒固定板；所述的防扭油缸一端与断层上盘系统或者断层下盘系统连接，另一端与弹簧固定板相连；弹簧固定板与套筒固定板之间通过多个防扭弹簧相连，每个防扭弹簧外面套装有一个弹簧套筒，弹簧套筒固定在套筒固定板上；

所述的外框平衡装置由安装在断层错动台架系统外侧四个边角的四根立柱和连接立柱的横梁通过螺栓连接组合而成；外框平衡装置的内侧面竖直地设有导轨，所述的套筒固定板在外力作用下可沿着所述导轨自由滑动；

所述的台架旋转装置用于驱动断层上盘系统、断层下盘系统旋转；加载作动器安装在断层上盘系统、断层下盘系统上，其与加载与错动控制系统相连，用于对试验模型体施加真三维初始地应力；加载与错动控制系统控制加载作动器加载、断层上盘与下盘系统旋转和断层滑移错动。

2.如权利要求1所述的断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统，其特征在于，所述的断层上盘系统和断层下盘系统在断层接触面处通过榫卯镶嵌结构连接。

3.如权利要求1所述的断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统，其特征在于，所述的台架旋转装置包括两个，第一台架旋转装置驱动断层下盘系统旋转，第二台架旋转装置驱动断层上盘系统旋转。

4.如权利要求3所述的断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统，其特征在于，所述的第一台架旋转装置包括第一安装座、第一液压驱动装置，所述的第一安装座固定在地梁上，第一液压驱动装置的缸体与第一安装座铰接，第一液压驱动装置的液压驱动杆与断层下盘系统相连，且断层下盘系统底部与地梁铰接。

5.如权利要求3所述的断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统，其特征在于，所述的第二台架旋转装置包括第二安装座、第二液压驱动装置，所述的第二安装座固定在地槽内，第二液压驱动装置的缸体与第二安装座铰接，第二液压驱动装置的液压驱动杆与断层上盘系统相连，且断层上盘系统底部与地梁铰接，地梁安装在地槽顶部。

6.如权利要求1所述的断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统，其特征在于，所述的液压顶升装置包括顶升作动器和导向杆，所述顶升作动器的轴线由导向杆控制并与断层上盘系统和断层下盘系统的断层接触面平行。

7.如权利要求1-6任一所述的断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统的试验方法 ，其特征在于：真三维物理模拟系统安装调试完毕，首先通过加载与错动控制系统控制加载作动器对试验模型体进行真三维初始地应力加载，待模型真三维初始地应力场形成以后，再进行模型隧洞开挖并保持初始地应力恒定，最后通过加载与错动控制系统控制断层错动顶升系统实施模型断层的滑移错动，籍此有效模拟地下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。