[发明专利]一种错动式断层模拟试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种错动式断层模拟试验系统及方法，涉及岩土工程技术领域。所述系统包括底座及设置于底座上的第一模型箱、第二模型箱，所述第一模型箱和第二模型箱相对一侧开口并可拼接为上部开口的箱体结构；还包括第一驱动件和第二驱动件；第一驱动件与第一模型箱连接，用于驱使第一模型箱相对于第二模型箱水平横向位移以模拟走滑断层；第二驱动件与第二模型箱连接，用于驱使第二模型箱相对于第一模型箱竖直位移以模拟倾滑断层。所述方法应用于该系统。本发明能更为真实地模拟地震作用下断层滑动的动力行为，可模拟走滑断层与倾滑断层以及两者的耦合作用，解决了常规振动台模型箱不能模拟断层滑动或只能模拟单一方向滑动的问题。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体是一种错动式断层模拟试验系统。

背景技术

岩土与隧道工程是我国土木工程、水利工程、市政工程中核心的研究课题，在建设隧道时，常会遇到穿越断层或破碎带等不良地质体的情况，且由于近年来我国地震频发，地震所致断层滑动下的隧道结构震害机理与抗减震措施是隧道工程面临的重大问题，如何提高跨断层隧道的抗减震性能，避免重大事故发生，是隧道建设中极为重要的研究课题。

对于岩土与隧道工程的研究，常用的方法有理论推导、现场调查、数值模拟分析、物理模型试验等，其中物理模型试验能够直观有效的模拟原型的动力响应，更有助于分析破坏机理，是研究岩土结构与隧道在地震作用下动力响应特征及破坏机理不可或缺的重要手段。

物理模型试验多采用模型箱在地震模拟振动台中进行试验，试验中常用的模型箱主要有三种：刚性模型箱，碟式柔性模型箱和层间剪切模型箱：

刚性模型箱四周采用钢板并设置加劲肋或短边方向两侧采用钢板，长边方向两侧采用钢框架，内部设置透明的有机玻璃板，便于观测模型在地震作用下的动力破坏演化过程，刚性模型箱主要用于岩质材料的模型，通常在端部两侧铺设5~20cm厚的聚苯乙烯泡沫板，长边方向两侧铺设聚乙烯膜来减小边界效应，使试验数据更加可靠。

碟式柔性模型箱自重较轻，一般为圆筒形结构，箱壁由圆筒形橡胶模组成，侧向刚度小，模型易产生土拱效应。

层间剪切模型箱由多层矩形中空框架组合而成，框架之间设置滚珠或轴承，并设置限位装置，使滚珠或轴承在一定范围内活动，土体能够产生剪切变形，从而模拟土层的边界条件。

由于我国幅员辽阔，不同区域展现出不同的地形地貌与地质构造特征，兴建大型工程的时，穿越断层的隧道越来越多，上述三种模型箱无法控制断层滑动的方向、速度与距离等，导致研究穿越断层隧道的动力响应破坏机理研究较少。目前，模拟断层走滑、倾滑且控制滑动方向、滑动速度、滑动距离等变量耦合的试验装置的开发，至今也处于空白状态。

鉴于此，为研究地震作用下跨断层隧道的动力响应与破坏机理奠定试验基础，更加真实和完善地模拟地震作用下断层滑动，还原实际工程情况，提高模拟地震作用下跨断层隧道结构动力响应的真实度与准确性，需要研发可控制和变量耦合断层倾角、滑动方向、滑动距离和滑动速度的模型设备，以研究穿越断层隧道的动力响应破坏机理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种错动式断层模拟试验系统，该错动式断层模拟试验系统能更为真实地模拟地震作用下断层滑动的动力行为，可模拟走滑断层与倾滑断层以及两者的耦合作用，解决了常规振动台模型箱不能模拟断层滑动或只能模拟单一方向滑动的问题。本发明同时提供了一种错动式断层模拟试验方法。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种错动式断层模拟试验系统，包括底座及设置于底座上的第一模型箱、第二模型箱，所述第一模型箱和第二模型箱相对一侧开口并可拼接为上部开口的箱体结构；还包括第一驱动件和第二驱动件；第一驱动件与第一模型箱连接，用于驱使第一模型箱相对于第二模型箱产生水平横向位移以模拟走滑断层；第二驱动件与第二模型箱连接，用于驱使第二模型箱相对于第一模型箱产生竖直位移以模拟倾滑断层。