本发明专利技术公开了一种基于透明土研究断层错动对已建成隧道影响的试验装置，包括由活动透明箱体、固定透明箱体、可拆卸断层侧板、底部弹性透明橡胶以及隧道组成的模型系统；由HeNe激光发射器、PIV专用CCD高速工业相机、滑块、导轨以及支架组成的PIV测量系统；由应变片以及数据采集系统组成的传统测量系统；由上臂、下臂、上动力型旋转关节、中动力型旋转关节、下动力型旋转关节组成的机械臂加载装置；计算机以及刚性底座。机械臂加载装置带动活动透明箱体发生相对于固定透明箱体的错动，此过程中可输入不同参数控制断层错动方向和速率、更换可拆卸断层侧板来实现研究不同断层错动对已建成隧道的影响的功能。道的影响的功能。道的影响的功能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置
[0001]本专利技术涉及岩土工程试验领域，尤其涉及一种基于透明土研究走滑断层作用下对跨断层隧洞影响的试验装置。
技术介绍
[0002]陆地化交通的直线化趋势使得公路、铁路建设过程中不可避免地要修建大量的隧道工程，且经常遇到活动断裂带。在断层错动及破碎带围岩影响下，隧道不均匀沉降严重，从而导致隧道出现破坏。因此研究跨断层隧道受断层错动影响的范围、变形特征、位移变化特征等一系列问题对跨断层隧道工程安全具有重要意义。
[0003]目前对于跨断层隧道受断层错动影响的研究主要有理论分析法、数值模拟法及模型试验法。理论分析法往往需要进行相关模型的前提假定，假定的破坏模型较为简单，从而导致计算结果与实际的情况存在较大的差异；若假定的破坏模型被划分的更细，则计算过程会变得更加繁琐；数值模拟法存在土体物理力学参数选取困难、土体应力历史及边界条件难以模拟实际情况等不足之处；模型试验即按照一定的几何相似关系建立与隧道原型结构整体或局部相对应的模型结构。通过物理模型可对原结构力学特征全过程进行观察探索，而且模型一般几何尺寸较小，在室内便可完成相关测试，同时，由于模型试验的费用适中，试验不受现场场地限制，操作方便，结果直观，因而近年模型试验法成为了研究跨断层隧道及围岩稳定和变形的主要手段。
[0004]目前，关于走滑断层作用下对跨断层隧洞错断影响的研究，我们已经借助已有的模型试验装置获得了走滑断层作用下的衬砌变形、应变分布规律、衬砌裂纹扩展以及地裂缝的形成过程。然而，依靠目前的试验手段仅能得到上覆围岩表面的地裂缝破裂形态，对于土体内部衬砌周围的土体位移，尤其是位于断层错动面附近的土体位移情况不得而知。因此，亟需开发一种断层错动过程中对土体内部衬砌周围土体位移发展变化进行非插入式测量的试验装置及方法。
[0005]本专利技术设计了一种研究断层错动对已建成隧道影响的试验装置，可更真实地模拟实际条件不同断层、不同断层错动速率对已建成跨断层隧道的影响。与现有技术相比，本方法不仅仅能够获取到走滑断层作用下对土体的影响，同时还能探究对已建成的隧道所造成的应力应变及位移情况。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于透明土研究断层错动对已建成隧道影响的试验装置，以解决现有模拟跨断层隧道力学行为特征的物理模型箱不能模拟断层错动作用下土体内部衬砌位移的问题，更真实地还原工程实际情况，提高对跨断层隧道力学行为特征的研究的准确性。另外，该实验装置可模拟不同断层、不同断层错动速率作用下对不同埋深的跨断层隧道的受力状况。
[0007]本专利技术的目的可采用以下技术方案来达到：
[0008]一种基于透明土研究断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，包括机械臂加载装置、模型系统、PIV测量系统、传统测量系统、计算机和刚性底座。所述刚性底座上布置模型系统；模型系统侧面布置PIV测量系统，用于测量模型内部位移及变形。
[0009]作为一种优选的方案，所述模型系统包括固定透明箱体、活动透明箱体、底部弹性透明橡胶、隧道和可拆卸断层侧板。所述固定透明箱体通过固定支座固定在刚性底座上；活动透明箱体连接两侧机械臂加载装置；固定透明箱体与活动透明箱体的底部用弹性透明橡胶连接；固定透明箱体与活动透明箱体上前侧和后侧均分别有一个与内部装载透明土箱体同深度的T型缺口；固定透明箱体与活动透明箱体的两侧面用可拆卸断层侧板连接。所述固定透明箱体、活动透明箱体、底部弹性透明橡胶和可拆卸断层侧板拼接起来成为一个矩形箱体。所述隧道放置于矩形箱体内。所述固定透明箱体与活动透明箱体材料为亚克力透明玻璃。
[0010]作为一种优选的方案，所述可拆卸断层侧板包括左侧板、侧面弹性透明橡胶和右侧板。所述左侧板和右侧板均为透明亚克力玻璃板；左侧板与右侧板用侧面弹性透明橡胶连接；左侧板、侧面弹性透明橡胶以及右侧板的倾角相同。所述左侧板与右侧板均呈T型，嵌坐于固定透明箱体和活动透明箱体T型缺口中。由于本专利技术提供的模拟跨断层隧道物理模型箱主要是为了在室内模拟跨断层隧道的破坏过程，因此所述左侧板、侧面弹性透明橡胶以及右侧板的倾角，可根据原结构以及物理模型箱与原结构之间的比例关系进行确定。
[0011]作为一种优选的方案，所述机械臂加载装置包括上臂、下臂、上动力型旋转关节、中动力型旋转关节和下动力型旋转关节。所述机械臂加载装置上部与模型系统连接，底部固定于刚性底座。所述机械臂加载装置可通过电脑输入不同参数调整机械臂运动的方向以及运动速率，故而带动与机械臂加载装置连接的活动透明箱体移动的方向和速率。所述机械臂加载装置底部固定在刚性底座上的位置不影响活动透明箱体运动。
[0012]作为一种优选的方案，所述PIV测量系统包括HeNe激光发射器、PIV专用CCD高速工业相机，能够实现模型内部随意位置切片并监测位移场变化。所述HeNe激光发射器连接滑块，能在导轨上滑动。所述滑块连接计算机，由计算机控制连接滑块的HeNe激光发射器移动的速率。所述导轨与支架连接，与PIV专用CCD高速工业相机共同放置于刚性底座上。所述HeNe激光发射器发射稳定红色激光，形成激光切片，在透明土内部形成激光散斑场。所述HeNe激光发射器沿隧道纵向形成一系列的激光切片，PIV专用CCD高速工业相机连续拍照，经过计算机的处理得到透明土的三维空间变形。
[0013]作为一种优选的方案，所述传统测量系统包括应变片和数据采集系统。所述的应变片粘粘于隧道表面，用于测量隧道弯矩分布。应变片通过数据采集系统与电脑连接。所述数据采集系统收集电压信号。
[0014]作为一种优选的方案，所述侧面弹性透明橡胶、底部弹性透明橡胶是弹性体，受拉可拉伸。
[0015]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0016](1)模型箱整体采用透明亚克力玻璃制成，隧道采用透明树脂制成。模型箱内部尺寸可调，适用于各尺寸模型试验。通过计算机输入参数调整活动模型箱体的运动速率与方向，使断层错动条件更加接近工程实际情况，以实现不同断层倾角、不同断层类型、不同隧道埋深的的跨断层隧道模拟。
[0017](2)透明的模型箱体及透明土体为断层错动导致的土体位移及已建成隧道的变化提供了可视化的监测过程，粘贴在隧道上的应变片则为此提供了更为精准的监测数据，使得本试验装置能够为研究实际断层错动面附近的土体位移情况和对已建成的隧道所造成的应力应变及位移情况提供一定的参考。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本专利技术整体结构示意图。
[0020]图2是本专利技术模型结构俯视图。
[0021]图3是本专利技术模型系统原始示意图。
[0022]图4是本专利技术模型系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，包括由活动透明箱体1，固定透明箱体2，可拆卸断层侧板3，底部弹性透明橡胶5以及隧道4组成的模型系统；由HeNe激光发射器12，PIV专用CCD高速工业相机13，滑块11，导轨10以及支架9组成的PIV测量系统；由应变片4
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1以及数据采集系统14组成的传统测量系统；由上臂6
‑
1，下臂6
‑
2，上动力型旋转关节6
‑
3，中动力型旋转关节6
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4，下动力型旋转关节6
‑
5组成的机械臂加载装置6；计算机15以及刚性底座8；所述可拆卸断层侧板3由左侧板3
‑
2，侧面弹性透明橡胶3
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3和右侧板3
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1组成；所述固定透明箱体2与活动透明箱体1上前侧和后侧均分别有一个与内部装载透明土箱体同深度的T型缺口；固定透明箱体2与活动透明箱体1的两侧面用可拆卸断层侧板3连接。2.根据权利要求1所述的一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，所述侧面弹性透明橡胶3
‑
3、底部弹性透明橡胶5是弹性体，受拉可拉伸。3.根据权利要求1所述的一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，所述模型系统中活动透明箱体1、固定透明箱体2以及可拆卸断层侧板3中的右侧板3
‑
1、左侧板3
‑
2均采用透明亚克力玻璃制成，隧道4采用透明树脂制成。4.根据权利要求1所述的一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，所述可拆卸断层侧板3的左侧板3
‑
2、侧面弹性透明橡胶3
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3以及右侧板3
‑
1的倾角相同，其角度可根据原始地层结构以及物理模型箱与原始地层结构之间的比例关系进行确定。5.根据权利要求1所述的一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，所述左侧板3
‑
2与右侧板3
‑
1均呈T型，可嵌坐于固定透明箱体2和活动透明箱体1上的T型缺口中。6.根据权利要求1所述的一种基于透明土的断层错动对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，所述计算机15可输入机...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁炳祥，陈敏捷，李志杰，罗庆姿，崔臻，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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