[发明专利]一种模拟地层不均匀沉降和地震引发断层三维错动的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟地层不均匀沉降和地震引发断层三维错动的试验装置，包括：振动台；顶部开口的模型箱，所述模型箱安装在所述振动台上，其内部设置有隧道模型、围岩模型以及断层模型，所述隧道模型上粘贴有应变片；所述模型箱内断层上盘底部设置有同步千斤顶，所述同步千斤顶上水平设有中板，所述中板上设有若干均匀分布的滚槽，所述滚槽内设有滚珠，所述滚珠可在所述滚槽中自由滚动且部分从滚槽中外露出，所述滚珠上水平放置有顶板，所述顶板与所述围岩模型底部之间填充有第一砂浆垫层。本发明可模拟地层不均匀沉降以及地震动引发断层三维错动对于隧道整体结构稳定性的影响，可对隧道的抗震效果及隔震、减震性能做出了准确模拟。

技术领域

本发明涉及隧道震动响应的试验装置，尤其涉及一种模拟地层不均匀沉降和地震引发断层三维错动的试验装置及方法。

背景技术

随着我国隧道工程的不断发展，隧道在地震中的安全性越来越受到人们的重视；相似模型试验作为隧道研究分析的两大主要研究方法之一，相较于数值仿真法，具有更强的直观性和可靠性，因此被广泛地应用于隧道防灾的研究当中；目前应用的隧道在地震动影响下的模拟实验研究方法一般是振动台试验，即将隧道放置在模型箱中，模型箱放置在振动台上；振动台按照预定方向振动，接着观察在振动中引发的隧道断层的错动，振动台整体作为一个平面，其上每个部分的振动方向和速率均相同，故振动台试验本质上是模拟地震动过程中地震波垂直入射的一种激励。本装置以此为背景，采用振动台进行相似模拟试验继而模拟地层不均匀沉降和地震引发的断层三维错动。

现有的用以模拟隧道断层错动的振动台试验，一般是设计底部装有滚动轴承或木棍的模拟箱，以模拟二维平面中地震波对于箱体中部隧道断层的错动影响，然而在实际的工程应用中，作用于隧道的地震方向并不可简单理想地视为单一方向，故单纯用木棍或滚动轴承来模拟地震方向与实际情况存在着较大差异，也影响着试验结果的准确性。

另外，现有的模拟装置忽略了实际情况下地质不均匀沉降对断层错动的影响。实际条件下随着地质层的不断演化、形变，隧道的受力并不是均匀的，诸如东非大裂谷就在板块运动和断裂运动中产生了巨大的裂谷带,并引发了地质不均匀沉降，地形地貌发生了显著变化，在这类地质条件下，隧道本身就会存在不利于稳定的初始应力，这类应力对于隧道的抗震、减震效果有着不可忽视的影响。由于实际情况与模拟试验的差异性，现有的装置的忽略了地质不均匀沉降对断层错动的影响，亦或是无法同时模拟地层不均匀沉降和地震引起的断层三维错动，实验过程的真实性和精度都不高，较难用其去指导解决实际存在的工程问题，故发明一种能同时模拟地质不均匀沉降和地震引发的断层三维错动的试验装置是目前亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种能够模拟地层不均匀沉降及地震动引发断层三维错动的试验装置。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种模拟地层不均匀沉降和地震引发断层三维错动的方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种模拟地层不均匀沉降和地震引发断层三维错动的试验装置，包括：

振动台；

顶部开口的模型箱，所述模型箱安装在所述振动台上，其内部设置有隧道模型、围岩模型以及断层模型，所述隧道模型上粘贴有应变片；

所述模型箱内断层模型上盘底部设置有同步千斤顶，所述同步千斤顶上水平设有中板，所述中板上设有若干均匀分布的滚槽，所述滚槽内设有滚珠，所述滚珠可在所述滚槽中自由滚动且部分从滚槽中外露出，所述滚珠上水平放置有顶板，所述顶板与所述围岩模型底部之间填充有第一砂浆垫层。

进一步的，所述模型箱的内侧壁上设有缓冲吸收层。

进一步的，所述模型箱内断层下盘底部与所述围岩模型底部之间填充有第二砂浆垫层。

进一步的，所述围岩模型由砌块及砂浆浇筑而成。