[发明专利]一种穿越断裂带隧道的抗震与抗剪试验模拟系统及方法

权利要求书

1.一种模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，包括：断层与隧道模拟单元、振动单元、升降单元和测量采集单元；所述断层与隧道模拟单元包括依次连接的第一围岩模型、隧道模型和第二围岩模型；所述第一围岩模型和隧道模型之间设有第一填充层，第二围岩模型和隧道模型之间设有第二填充层，第一围岩模型与第二围岩模型之间具有设定间隙，设定间隙处设置适应大变形的柔性衬砌结构，设定间隙处及其两侧均设置有断裂带区间的减隔震层，减隔震层安装在隧道模型的外侧面；减隔震层用于通过更换不同材质实现在不改变填充层的情况下进行不同材质的减隔震层性能对比试验；

所述振动单元与第一围岩模型的底部连接，用于带动第一围岩模型振动实现模拟地层振动；

所述升降单元与第二围岩模型的底部连接，用于带动第二围岩模型做匀速升降运动实现模拟地层错动或蠕动；

所述测量采集单元包括检测传感器，检测传感器安装在隧道模型的一侧用于采集隧道模型的应变和振动数据。

2.如权利要求1所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，所述第一围岩模型为矩形结构，矩形结构中部设有贯穿两侧面的第一圆孔；所述第二围岩模型为矩形结构，矩形结构中部设有贯穿两侧面的第二圆孔；隧道模型的一端安装在第一圆孔内，另一端安装在第二圆孔内。

3.如权利要求1所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，所述第一围岩模型和第二围岩模型是由经过相似比计算出的自制轻质混凝土材料构成。

4.如权利要求1所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，所述升降单元包括位移器和位移控制装置，位移器用于提供升降运动，位置控制装置用于传输控制信号至位移器控制其做匀速升降运动。

5.如权利要求4所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，所述振动单元包括振动台、振动控制系统和冷却系统，振动控制系统将地震波形传输至振动台，振动台用于对第一围岩模型提供振动以模拟基岩地震，冷却系统是将振动台中高温零件的热量直接散入大气而对设备进行冷却。

6.如权利要求1所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，所述断层与隧道模拟单元的空洞处内壁与隧道模型之间设置应力测量采集单元，测量采集单元用于选隧道模型的两端、第一围岩模型的中央、第二围岩模型的中央、断裂带的两端和断裂带的中央作为监测对象获取检测数据。

7.如权利要求6所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，在每个断面的内外侧沿圆周按90°间隔张贴环向与纵向的应变传感器，并在隧道内侧各设置上、下、左、右四个位移传感器，用来记录隧道的受力与变形；通过数据记录装置将测得的受力与变形以图像形式输出，显示各种不同材质隔振层之间的减隔震性能对比。

8.如权利要求1所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，其特征在于，所述振动单元和升降单元的底面均放置弹性垫，弹性垫用于消减振动单元带来的振动。

9.一种如权利要求5所述的模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统的试验方法，其特征在于，包括：

通过振动控制系统对振动台输入地震输入波，振动台对第一围岩模型提供振动作用模拟基岩地震作用；

通过位移控制装置传输控制信号至位移器，控制位移器的移动，使其匀速上升，模拟地震发生时隧道断层处发生的相对错动；

通过测量采集单元的检测传感器采集隧道模型的应变和振动数据，通过数据记录装置将测得的应变和振动数据以图像形式输出。