[发明专利]模拟地下洞室地震动力反应的试验装置及方法

说明书

本发明属于岩体动力学大型物理模型试验领域，旨在解决无法对地下洞室地震动力反应进行高仿真模拟的问题，具体涉及一种模拟地下洞室地震动力反应的试验装置及方法；其中，设备包括加载框架、地下洞室上覆模型和下伏模型、静力加载装置、动力加载装置、测量装置，通过静力加载装置对上覆模型分别施加垂向荷载和水平负荷以模拟原位地下洞室的真实垂向和水平地应力环境，通过动力加载装置对下伏模型施加地震动负荷并进而作用于上覆模型来模拟原位地下洞室的真实地震动情况，从而满足对地下洞室地震动力反应的模拟要求。通过本发明可实现对地下洞室进行地应力静负荷和地震动负荷统一加载的高仿真模拟，能够准确反应原位情况，获得有效试验数据。

技术领域

本发明属于岩体动力学大型物理模型试验领域，具体涉及一种模拟地下洞室地震动力反应的试验装置及方法。

背景技术

地下洞室主要包括围岩、衬砌和内部空间三部分，地下洞室的围岩稳定性问题是工程地质学和岩体力学领域的经典问题之一。荷载分为静荷载和动荷载，地下洞室所受的动荷载包括地震荷载、爆破荷载和机械振动荷载等；地下洞室在地震动荷载作用下的动力反应问题，即其在地震条件下的响应特征如变形、强度等相关数据的分析已成为工程地质学、岩土力学、地震工程学的热点问题之一。

目前，地下洞室的地震动力反应研究主要采用数值模拟手段，但由于缺乏地下洞室地震动力反应的实测数据，数值模拟结果的合理性有待商榷。振动台模型试验是研究工程地震动力响应及评价工程地震稳定性的有效手段，在岩质边坡地震动力响应研究、稳定性评价及地震防控等领域应用广泛，但该试验方法尚未在地下洞室地震动力反应研究方面得到推广，原因是现有技术无法实现对地下洞室进行地应力静负荷和地震动负荷统一加载的高仿真模拟，从而制约了地下洞室地震动力反应的研究进程。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决无法对地下洞室地震动力反应进行高仿真模拟的问题，本发明提供了一种模拟地下洞室地震动力反应的试验装置及方法。

本发明实施例第一方面提供了一种模拟地下洞室地震动力反应的试验装置包括加载框架、地下洞室模型、静力加载装置、动力加载装置及测量装置；

所述地下洞室模型为相似材料模型，包括上覆模型、下伏模型；所述上覆模型设置于所述下伏模型上部，且与所述下伏模型构成凸体结构；

所述静力加载装置包括法向加载装置、侧向加载装置；所述法向加载装置设置于所述上覆模型的顶部，且所述法向加载装置的上端与所述加载框架的顶板连接；所述侧向加载装置设置于所述上覆模型的周侧，且所述侧向加载装置远离所述上覆模型的端部与所述加载框架的侧板连接；

所述动力加载装置包括模型箱，承载平台，及驱动所述模型箱、承载平台振动的动载驱动装置；所述模型箱设置于所述承载平台，所述模型箱的内部设置有容纳所述下伏模型的腔室；

所述测量装置包括负荷测量装置和变形测量装置；所述负荷测量装置包括用于测量所述上覆模型顶部负荷值的法向负荷测量装置、用于测量所述上覆模型周侧负荷值的侧向负荷测量装置；所述变形测量装置包括用于测量所述上覆模型顶部变形值的法向变形测量装置、用于测量所述上覆模型周侧变形值的侧向变形测量装置。

在一些优选实例中，所述上覆模型的内部设置有用于模拟原位地下洞室的孔洞；所述孔洞为贯通型孔洞。

在一些优选实例中，所述上覆模型设置于所述下伏模型正上方，且所述上覆模型与所述下伏模型通过模型材料胶结连接。

在一些优选实例中，所述下伏模型与所述模型箱的高度一致，且所述下伏模型的周侧与所述模型箱通过硅胶连接。

在一些优选实例中，所述法向负荷测量装置为法向负荷传感器，所述侧向负荷测量装置为侧向负荷传感器；