[发明专利]模拟断层处隧道应力特征的实验装置

说明书

模拟断层处隧道应力特征的实验装置，属于模拟隧道穿越断层时应力特征的实验装置，包括基座及轨道，基座上轴对称设置有左箱和右箱，左箱和右箱能够在基座上活动，左箱包括相互拼接的前板、后板、左板、右板和底板，前板和后板对称设置，左板和右板对称设置，前板包括前下板及前中板，前下板及前中板能够拼接成无缝的板面，左板包括相拼接的左下板和左中板，左下板和左中板形成供隧道模型穿过的隧道洞口，左箱还包括对称设置的前支撑板和后支撑板，前下板与水平液压千斤顶的后端相连，水平液压千斤顶的前端与前支撑板相连；底板通过垂直加载部件与水平支撑板相连，水平支撑板底部设置有可沿着轨道滑动的滑轮，适用于测量断层隧道附近应力特征。

技术领域

本发明属于力学分析技术领域，尤其是涉及一种模拟隧道穿越断层时应力特征的实验装置。

背景技术

随着我国交通建设的快速发展，在其修建过程中一些隧道不可避免的会穿越活断层，且穿越断层的隧道在断层处极易受到破坏。为了提高隧道安全性，需要通过模型实验模拟确定断层对隧道应力特征的影响，而这一操作是非常困难的。现有技术中，常用的方法如下：(1)通过专门的大型设备如振动台等大型实验设备来模拟，(2)通过小型断层错动隧道模型实验装置进行模拟。然而，前者的设备占地面积大，实验仪器操作复杂，不便于操作；后者的精度不高，难以准确模拟断层处隧道应力特征及变形。因此，亟需一种方便实用的模拟断层处隧道应力特征的实验装置及方法，便于操作且有助于提高工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有设备的操作不便、精度不高的缺点，提供一种模拟断层处隧道应力特征的实验装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：模拟断层处隧道应力特征的实验装置，包括基座以及布设于基座上的轨道，基座上轴对称设置有左箱和右箱，左箱和右箱能够在基座上活动，左箱包括相互拼接的前板、后板、左板、右板和底板，前板和后板对称设置，左板和右板对称设置，前板包括前下板及前中板，前下板及前中板能够拼接成无缝的板面，左板包括相拼接的左下板和左中板，左下板和左中板形成供隧道模型穿过的隧道洞口，左箱还包括对称设置的前支撑板和后支撑板，前下板与水平液压千斤顶的后端相连，水平液压千斤顶的前端与前支撑板相连，左箱在水平液压千斤顶的作用下能够前后移动；底板通过垂直加载部件与水平支撑板相连，水平支撑板底部设置有可沿着轨道左右滑动的滑轮，左箱在垂直加载部件的作用下能够左右移动。

进一步的，左箱上还设置有位移传感器及倾角测量仪。

具体的，垂直加载部件的个数为4个，分别设置在底板底部前、后、左、右四个方向上。

进一步的，左箱上还设置有荷重传感器。

进一步的，绕隧道洞口周边设置有垫片。

优选的，前板还包括与前中板拼接的前上板，左板还包括与左中板相拼接的左上板，左上板顶部与前上板顶部在同一水平面上，前上板与左上板相连接，同理，后板与右板也同样设置。

进一步的，前左下板、前右下板、前左中板、前右中板、前支撑板和后支撑板皆采用矩形板。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：基于如上的装置的模拟断层处隧道应力特征的实验方法，包括以下步骤：

A.放置隧道模型，并使得其两端分别放置在左箱的左侧的隧道洞口与右箱的右侧的隧道洞口上，在左箱和右箱内填土并压密，并将隧道模型与隧道洞口不贴合的部分填土压实；

B.在轨道上左右移动左箱和右箱，使二者之间距离达到设置的断层宽度，再分别调整左箱和右箱的各个垂直加载部件，调节左箱与右箱的倾角，通过倾角测量仪测量倾角是否满足预设的断层倾角，并不断调整相应的垂直加载部件，使得倾角达到预设的断层倾角；