本发明专利技术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。本发明专利技术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。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种错动式断层模拟试验系统及方法
[0001]本专利技术涉及岩土工程
，具体是一种错动式断层模拟试验系统。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
技术实现思路
[0009]本专利技术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。本专利技术同时提供了一种错动式断层模拟试验方法。
[0010]本专利技术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。
[0011]基于以上技术方案，所述第一模型箱和第二模型箱相互拼接的侧壁均为断面，且二者断面的断面角度相同以在二者拼接后形成完整贴合面。
[0012]基于以上技术方案，所述断面角度为45
°
、60
°
、70
°
或0
°
。
[0013]基于以上技术方案，所述第一模型箱和第二模型箱相互拼接的侧壁外侧均设置有配对的连接板，所述第一模型箱的连接板上设置有沿第二模型箱竖直位移方向设置的竖向通槽，所述第二模型箱的连接板上设置有沿第一模型箱水平横向位移方向设置的横向通槽，配对的所述连接板通过贯穿其上横向通槽和竖向通槽的连接件配对连接。
[0014]基于以上技术方案，所述第一模型箱底部设置有第一滚轮，所述底座上端设置有与第一滚轮配合的第一滑槽，所述第一滑槽沿第一模型箱水平横向位移方向设置。
[0015]基于以上技术方案，所述第一驱动件包括第一反力架、固定于第一反力架上的第一动力元件以及连接于第一动力元件动力端的支撑件，所述支撑件固定于第一模型箱外侧壁。
[0016]基于以上技术方案，所述第二驱动件包括：被动驱动件，固定于底座和第二模型箱之间，所述被动驱动件可随第二模型箱竖直位移运动以改变竖直高度；主动驱动件，设置于底座上端，用于带动第二模型箱竖直位移。
[0017]基于以上技术方案，所述主动驱动件包括第二反力架、固定于第二反力架上的第二动力元件以及连接于第二动力元件动力端的滑板，所述滑板可随第二动力元件动力端运动以在底座上端面滑动；所述滑板上端沿第二动力元件运动方向设置有倾斜的支撑面，支撑面上沿其倾斜方向设置有第二滑槽；所述第二模型箱底部设置有第二滚轮，第二滚轮配对于第二滑槽内。
[0018]基于以上技术方案，所述滑板上端形成连续的两个支撑面，两个支撑面连续处形成竖直断面。
[0019]基于以上技术方案，所述底座上沿第二动力元件运动方向设置有限位板，所述限位板设置于滑板一侧用于限制滑板沿第二动力元件运动方向运动。
[0020]基于以上技术方案，所述第一模型箱和第二模型箱均由多个侧板围合形成顶部和相对一侧开口的方形箱体结构；所述第一模型箱和第二模型箱的侧板内壁均设置有吸能边界板；所述第一模型箱和第二模型箱的侧板外壁均设置有纵横交错的加强板。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术利用相互拼接的第一模型箱和第二模型箱来构成完整的模拟箱，用于放置围岩材料、断层材料及隧道模型，且第一模型箱和/或第二模型箱通过第一驱动件和/或第二驱动件，可以进行水平横向位移和/或竖直位移，进而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，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，能够提高模型箱的使用效率、降低试验成本并提高试验精度。
[0022]2、本专利技术第一模型箱和第二模型箱相互拼接的侧壁可以根据需要调节断面角度，进而结合第一驱动件和/或第二驱动件的驱动，能够模拟更多不同类型的断层滑动问题，耦合更多变量，使得模拟结果更加真实、准确及可靠，为实际工程提供更为合理的理论基础与技术支持。
[0023]本专利技术还基于以上错动式断层模拟试验系统，公开了一种错动式断层模拟试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1 基于模拟试验需求，确定第一模型箱和第二模型箱相互拼接的侧壁断面角度，并将第一模型箱和第二模型箱固定在地震模拟振动台台面上形成完整箱体结构；S2 在第一模型箱和第二模型箱的内侧壁均设置吸能边界板；S3 根据需要模拟的地质条件，确定围岩材料、断本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种错动式断层模拟试验系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述第一模型箱和第二模型箱相互拼接的侧壁均为断面，且二者断面的断面角度相同以在二者拼接后形成完整贴合面。3.根据权利要求2所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述断面角度为45
°
、60
°
、70
°
或0
°
。4.根据权利要求1所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述第一模型箱和第二模型箱相互拼接的侧壁外侧均设置有配对的连接板，所述第一模型箱的连接板上设置有沿第二模型箱竖直位移方向设置的竖向通槽，所述第二模型箱的连接板上设置有沿第一模型箱水平横向位移方向设置的横向通槽，配对的所述连接板通过贯穿其上横向通槽和竖向通槽的连接件配对连接。5.根据权利要求1所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述第一模型箱底部设置有第一滚轮，所述底座上端设置有与第一滚轮配合的第一滑槽，所述第一滑槽沿第一模型箱水平横向位移方向设置。6.根据权利要求1所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述第一驱动件包括第一反力架、固定于第一反力架上的第一动力元件以及连接于第一动力元件动力端的支撑件，所述支撑件固定于第一模型箱外侧壁。7.根据权利要求1所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述第二驱动件包括：被动驱动件，固定于底座和第二模型箱之间，所述被动驱动件可随第二模型箱竖直位移运动以改变竖直高度；主动驱动件，设置于底座上端，用于带动第二模型箱竖直位移。8.根据权利要求7所述的错动式断层模拟试验系统，其特征在于，所述主动驱动件包括第二反力架、固定于第二反力架上的第二动力元件以及连接于第二动力元件动力端的滑板，所述滑板可随第二动力元件动力端运动以在底座上端面滑动；所述滑板上端沿第二动力元件运动方向设置有倾斜的支撑面，支撑...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，李文惠，冯文凯，信春雷，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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