[发明专利]一种模拟极震区隧道遭受侧向冲击荷载的动力响应测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种模拟极震区隧道遭受侧向冲击荷载的动力响应测试装置，包括反力框架、试验箱、弹簧、滑槽、支架；所述反力框架的上部、底部、左侧及右侧设有钢板，所述试验箱置于反力框架内，所述试验箱上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧与反力框架的上部、左侧及右侧钢板对应连接，所述试验箱与反力框架底部钢板之间设置有可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述滑槽底部设有至少一个用以固定滑槽的支架。本发明真实地再现极震区隧道遭受侧向冲击荷载动力作用响应过程和响应方式，为工程结构设计、地质灾害预测等提供准确可靠的建议；本发明结构简单容易制作、易操作，测试方法简单、经济、可重复。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其是一种极震区隧道的动力响应测试装置及测试方法。

背景技术

地震是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5～7 千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波，在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。震中附近振动最强烈，破坏比也最严重的地区称为极震区，地震发生时，最基本的现象是地面的连续振动，主要是明显的晃动，极震区的人在感到大的晃动之前，有时首先感到上下跳动，即纵波首先到达，然后是横波引起的左右晃动，然后才是面波引起的大的晃动。

隧道围岩即隧道开挖后其周围一定范围内，对其稳定性能产生影响的那部分岩(土)体。隧道周围的地层可以是软硬不一的岩石，也可以是松散的土，把土视为一种特殊的(风化破碎严重的)岩石，所以隧道周围的地层，不管是土体还是岩体，统称为围岩。这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。一般认为在地震荷载作用下，地下隧道围岩的振动加速度小于地面，而且围岩有足够的刚度保持隧道形状不变，因此，隧道有较好的抗震性能。然而，此观点与 20世纪末期的两次大地震结果相背驰，1995年阪神地震造成灾区内10％的山岭隧道受到严重破坏；1999年中国台湾集集地震后，中国台湾中部距发震断层25km范围内的44座受损隧道中，严重受损者达25％，中等受损者25％。

我国西南部地区是高烈度地震的多发区，也是在建或拟建的大型水电工程和岩土工程地下隧道群较多的重点区域。隧道的地震设计烈度要求高，隧道修建时的动力响应和围岩稳定是高地震烈度区域地下工程建设需要重点研究和解决的问题。地下隧道的稳定性分析主要包括整体稳定性分析(过度的塑性区变形)和局部块体的稳定性分析(边墙或顶拱的块体垮塌)。 2011年日本东海岸地震以及2008年中国汶川地震实例证明，地震荷载作用下地下隧道变形和破坏可以直接导致边墙和拱顶的塌落和隧道内部建筑破损断裂等，对地下工程安全造成严重影响。

地震动力作用十分复杂，目前研究中常采用数值方法进行模拟，同时多采用振动台试验以及动力离心模型试验等大型模型试验来模拟地震作用，然而鲜有涉及简易地震动力的模拟的测试装置，能再现在不同强度地震波横波动力作用下隧道围岩的响应。因此，亟需研制出一种可以模拟极震区隧道遭受侧向冲击荷载的动力响应测试装置，实现试验设备制作便捷，测试方法简单、经济、可重复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种试验设备制作便捷，测试方法简单、经济、可重复的模拟极震区隧道遭受侧向冲击荷载的动力响应测试装置及测试方法，为地质灾害预测提供依据参考、为岩土工程中的结构设计及优化提供可靠的参数建议。