[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

说明书

本发明公开了一种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，该系统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。断层错动台架系统用于容纳错动模型体并作为加载反力装置；断层错动顶升系统用于实施断层错动，并保证断层错动过程中模型体不发生扭转和倾覆现象；加载与错动控制系统用于对模型体进行初始地应力加载并控制断层错动顶升系统实施模型的断层错动。本发明可模拟复杂高地应力条件下深部地层的断层错动，真实模拟地下断层错动对深部隧洞运行安全稳定的影响，为深部工程安全建设提供强有力技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种在水电、交通、能源和矿山工程领域使用的模拟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。

背景技术

随着社会经济的快速发展，中国已发展成为世界上隧洞和地下工程建造数量最多、规模最大、结构形式最多样的国家。近年来，中国交通、水电建设蓬勃发展，建设重心逐渐向地质条件更为复杂的西部地区转移，然而西部地区地震频繁、地震烈度高、地质构造复杂，极易导致地下活动断层产生滑移错动，由此对深部交通、水电隧洞运行安全造成极为不利的影响，因此有必要深入研究复杂断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。面对深部工程，传统理论方法难以胜任，数值模拟困难重重，现场原位试验条件受限且费用昂贵，相比之下，物理模拟试验以其形象、直观、真实的特性成为研究深部工程的重要手段。要开展地下断层错动对隧洞运行安全影响的物理模拟试验，就必须具备相应的物理模拟试验系统。

目前有关断层错动物理模拟试验系统的研究现状如下：

在专利号为CN 201510200464.1，专利名称为：一种可加压走滑断层错动模拟装置及模拟实验方法的专利中公开了一种模拟装置，该模拟装置能够模拟自重应力作用下的断层错动，没有考虑初始构造地应力的影响，与实际工程地质条件不符，无法模拟真实的真三维初始地应力环境条件下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。

在专利号为CN 201620006494.9，专利名称为：模拟隧道穿越斜向错动活断层的破坏试验装置的专利中公开了一种试验装置，该装置通过平面加载模拟隧道受力破坏，但没有考虑真三维初始地应力的影响，与实际工程地质条件不符，且无法模拟真实的真三维初始地应力环境条件下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。

在专利号为CN 201720049666.5，专利名称为：一种测试隧道正断层黏滑错动的试验箱装置的专利中公开了一种试验箱装置，该装置包括模拟试验箱和千斤顶，能够模拟高地震区域针对断层带的抗震减震效应，但在断层错动过程中模型试验装置容易产生侧转，且无法模拟真实的真三维初始地应力环境条件下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。

在专利号为CN 201810860128.3，专利名称为：隧道断层错动模型试验装置及错动模型试验系统的专利中公开了一种模型试验系统，由外箱、内箱、加载装置和测量装置组成，通过对内箱施加推力模拟断层错动，并获得断层错动状态下隧道的受力变形规律，但无法考虑倾斜构造断层的影响，也无法模拟真实的真三维初始地应力环境条件下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。

在专利号为CN 201910049175.4，专利名称为：一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置的专利中公开了一种试验装置，该装置采用透明亚克力板矩形箱体作为加载反力装置模拟浅埋断层错动，但该装置刚度不够，无法模拟深部断层的影响，也无法模拟真实的真三维初始地应力环境条件下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。

在专利号为CN 201911125822.1，专利名称为：模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法的专利中公开了一种试验装置，能模拟自重作用下断层错动对隧道损伤的影响，但没有考虑初始构造地应力的影响，与实际工程地质条件不符，无法模拟真实的真三维初始地应力环境条件下断层错动对隧洞运行安全稳定的影响。