[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

说明书

本公开提供了一种模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统及方法，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；可研究地震、断层错动以及两者耦合时的隧道力学行为，充分揭示地震与断层错动作用和结构破坏机理。

技术领域

本公开涉及隧道抗震设计技术领域，特别是涉及一种穿越断层隧道的抗震试验模拟系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成现有技术。

随着经济的发展和人口流动量的增加，人们出行交通需求也急剧增长。近些年，铁路和公路建设遍及全国海陆，隧道工程变得越来越重要。

随着隧道工程大规模建设，无论城市地下还是穿山越海，隧道位置往往不可避免的要穿越断裂带，如何减少隧道在断层处的地震作用与围岩的错动或蠕滑影响已成为隧道界所关注的重大课题之一。对穿越断裂带的隧道在地震作用和断层影响耦合情况下的结构破坏和减灾措施的研究，具有非常重要的工程意义，然而目前的试验系统难以满足在地震作用、断层错动或蠕滑以及两者耦合作用下的隧道力学行为的试验，对此，如何提供试验精度以及提供适用于地震作用、断层错动或蠕滑以及两者耦合作用下的隧道试验是目前存在的技术难题。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种穿越断裂带隧道的抗震与抗剪试验模拟系统及方法，可用于研究隧道在地震作用、断层错动或蠕滑以及两者耦合作用下的隧道力学行为、破坏机制以及减隔震措施。

第一方面，本公开提供了一种模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统，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。

第二方面，本公开提供了一种模拟穿越断裂带的隧道抗震试验系统的试验方法，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。

与现有技术对比，本公开具备以下有益效果：

1、本公开简洁有效的模拟地震作用与断层错动蠕滑，对未来盾构隧道断层抗震的研究提供了一种试验系统及方法，可推动关于穿越断裂带隧道的抗震抗剪等防控措施研究。本公开系统构成简洁易懂，但考虑的地震作用也周全：该抗震系统主要装置只有断层与隧道模拟单元、基岩与围岩模型之间地层振动模拟装置、升降单元、测量采集单元四部分，在进行实验时，装置组装方便，操作步骤简单；该系统一部分模拟了地震震动，另一部分模拟了断层错动，可研究地震、断层错动以及两者耦合时的隧道力学行为，充分揭示地震与断层错动作用和结构破坏机理。