CN106370819A - 一种斜向滑动断层模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜向滑动断层模拟装置，其固定盘模型箱固定于长方体台座上，错动盘模型箱活动设置于棱柱台座上，固定盘模型箱与错动盘模型箱一侧斜向配合并相通以形成一用于放置土体模型的腔体；斜向导轨设置于棱柱台座的斜面上，三角滑动块固定于错动盘模型箱底端并在千斤顶作用下沿斜向导轨滑动，以推动错动盘模型箱相对固定盘模型箱沿斜向错动；内置气囊分别设置于固定盘模型箱和错动盘模型箱之内并向土体模型施加竖向压力。本发明还公开了基于上述装置的模拟方法，能够同时模拟斜向滑动断层两盘垂直位移分量和水平位移分量，并能够改变两个方向位移分量的比例，真正模拟斜向滑动断层引起的地下结构物的破坏。

Description

一种斜向滑动断层模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及土工模型模拟技术，具体来讲，涉及一种斜向滑动断层模拟装置，以及一种基于斜向滑动断层模拟装置的模拟方法。

背景技术

众多地震实例表明地震中基岩断层错动导致上覆土体发生永久变形破坏，进一步诱发地表及地下建筑受灾。基岩断层错动时断层两盘之间既有落差又有平错，落差反映垂直位移，平错反映水平位移，这种断层称之为斜向滑动断层，是走向滑动断层和倾向滑动断层的复合。目前针对基岩断层错动诱发上部建筑物破坏的模型实验中，往往对实际问题进行简化，仅单独考虑走向滑动或仅单独考虑倾向滑动。由于隧道等地下结构物并非理想弹性体，简单地将走向滑动模式和倾向滑动模式引起的破坏进行线性叠加并无法真正模拟斜向滑动断层引起的地下结构物破坏。此外，地下结构周边土体围压影响土体自身刚度，同时也影响位于土体中地下结构物的力学行为。因此，设计能真实模拟斜向滑动断层的装置并开发相应的模拟方法对深入研究斜向滑动断层引起上覆土体中地下结构物的破坏机制至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现上覆土体应力水平的模拟，充分考虑土体力学性能的应力水平相关特性，且原理明确、构造简单，实验操作易于实现的斜向滑动断层模拟装置以及应用该斜向滑动断层模拟装置的模拟方法。

本发明的技术方案如下：

一种斜向滑动断层模拟装置，包括固定盘模型箱、错动盘模型箱、长方体台座、棱柱台座、三角滑动块、斜向导轨、内置气囊以及千斤顶；固定盘模型箱固定于长方体台座上保持相对静止，错动盘模型箱活动设置于棱柱台座上，固定盘模型箱与错动盘模型箱一侧斜向配合并相通以形成一用于放置土体模型的腔体；斜向导轨设置于棱柱台座的斜面上，三角滑动块固定于错动盘模型箱底端并在千斤顶作用下沿斜向导轨滑动，以推动错动盘模型箱相对固定盘模型箱沿斜向错动；内置气囊分别设置于固定盘模型箱和错动盘模型箱之内并向土体模型施加竖向压力。

优选的，所述错动盘模型箱下布置四个棱柱台座，每个棱柱台座斜面上布置两个所述斜向导轨，台座斜面与斜向导轨角度均可调，可实现不同走向滑动分量与倾向滑动分量的模拟。所述三角滑动块和所述斜向导轨的滑动接触面黏贴特氟龙材料，以降低接触面摩擦阻力。

优选的，所述固定盘模型箱与错动盘模型箱均包括三面壁板和一面底板以形成侧向开口的箱体；其中所述固定盘模型箱的开口由上至下向外倾斜，所述错动盘模型箱的开口由上至下向内倾斜，两开口配合抵接以形成一腔体，在千斤顶作用下，两开口斜向错动。

优选的，所述固定盘模型箱与错动盘模型箱于开口相接处布置砂土挡板，以防止错动时砂土漏出。

优选的，所述固定盘模型箱与错动盘模型箱的壁板外侧布置纵梁与横向加劲肋进行加强。

优选的，所述固定盘模型箱和错动盘模型箱的顶部分别安装盖板，盖板与所述模型箱的侧壁螺栓连接，盖板上布置横梁、纵向加劲肋进行加强。盖板为内置气囊提供反力，以使内置气囊向下提供施加至土体模型的压力。

优选的，所述千斤顶沿错动方向放置，千斤顶顶推方向与所述斜向导轨同向并顶推三角滑动块。

一种基于上述斜向滑动断层模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待模拟土体埋深，选择要施加的土体围压，通过内置气囊向所述固定盘模型箱和错动盘模型箱形成的腔体内的土体模型施加预定压力；

步骤2：通过千斤顶推动三角滑块沿斜向导轨运动，从而推动错动盘模型箱相对固定盘模型箱进行斜向错动模拟，观测土体中地下结构模型的破坏模式。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的装置与模拟方法能够同时模拟斜向滑动断层两盘垂直位移分量和水平位移分量，并能够改变两个方向位移分量的比例，真正模拟斜向滑动断层引起的地下结构物的破坏。此外，在复杂的斜向滑动断层模拟装置中实现土压力水平的模拟，通过内置气囊对土体模型进行应力水平恢复。本发明可应用于不同埋深下地下结构物由斜向滑动断层引起破坏的模拟，用于解决以往仅单独考虑走向滑动或仅单独考虑倾向滑动，或将二者线性叠加来研究斜向滑动断层引起上覆土体中地下结构物的破坏机制等问题，建立原理明确、操作方便的实验模拟方法，为斜向滑动断层模型实验提供一种新的解决方法。

附图说明

图1是本发明所述的装置的示意图；

图中：1是固定盘模型箱，2是错动盘模型箱，3是长方体台座，4是棱柱台座，5是三角滑动块，6是斜向导轨，7是内置气囊，8是模型箱顶部盖板，9是千斤顶，10是砂土挡板，11是螺栓连接件。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

本发明提供一种斜向滑动断层模拟装置，如图1所示，包括固定盘模型箱1，错动盘模型箱2，长方体台座3，棱柱台座4，三角滑动块5，斜向导轨6，内置气囊7，模型箱顶部盖板8，千斤顶9，砂土挡板10，螺栓连接件11。

固定盘模型箱1固定于长方体台座3上保持相对静止，错动盘模型箱2活动设置于棱柱台座4上，固定盘模型箱1与错动盘模型箱2一侧斜向配合并相通以形成一用于放置土体模型的腔体。斜向导轨6设置于棱柱台座4的斜面上，三角滑动块5固定于错动盘模型箱2底端并在千斤顶9作用下沿斜向导轨6滑动，以推动错动盘模型箱2相对固定盘模型箱1沿斜向错动。内置气囊7分别设置于固定盘模型箱1和错动盘模型箱2之内并向土体模型施加竖向压力。

错动盘模型箱2下布置四个棱柱台座4，每个棱柱台座4斜面上布置两个斜向导轨6；斜向导轨6用于确保三角滑动块5沿预定方向滑动。三角滑动块5和斜向导轨6的滑动接触面黏贴特氟龙材料，降低接触面摩擦阻力。错动盘模型箱2通过三角滑动块5、斜向导轨6、千斤顶9实现斜向错动。

固定盘模型箱1与错动盘模型箱2均包括依次连接的三面壁板和一面底板以形成侧向开口的箱体，采用8mm高强锰钢钢板，而且固定盘模型箱1与错动盘模型箱2相对面均不设置壁板形成开口，其中固定盘模型箱1的开口由上至下向外倾斜，错动盘模型箱2的开口由上至下向内倾斜，两开口配合抵接以形成一腔体。三面壁板的外侧布置纵梁与横向加劲肋，其与壁板共同工作。相对面的两侧及底部边缘(即开口周缘)布置砂土挡板10，防止模型箱错动时砂土漏出。

固定盘模型箱1和错动盘模型箱2的顶部都安装盖板8，盖板8与模型箱通过螺栓连接，螺栓连接件11的位置如图所示，模型箱顶部盖板8为内置气囊7提供反力，盖板8上布置横梁、纵向加劲肋进行加强。

所述斜向导轨6布置于棱柱台座4斜面上，前面已述，其与三角滑动块5的滑动接触面黏贴特氟龙材料以降低接触面的摩擦阻力，台座斜面与斜向导轨6角度可调，可实现不同走向滑动分量与倾向滑动分量的模拟。

千斤顶9沿错动方向放置，千斤顶顶推方向与棱柱台座上斜向导轨6同向，顶推三角滑动块5，实现错动盘模型箱2的斜向错动。

本发明所述的装置能应用于不同埋深地下结构物由斜向滑动断层引起破坏的模拟，可以克服仅单独考虑走向滑动或仅单独考虑倾向滑动，或将二者线性叠加来研究斜向滑动断层引起上覆土体中地下结构物的破坏机制的不足，还可以克服以往模型实验忽略土体围压影响等不足，建立原理明确，操作方便的实验装置。

基于所述的斜向滑动断层模拟装置，本发明还提供一种土体模拟方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待模拟土体埋深，选择要施加的土体围压，过内置气囊7向模型箱内的土体模型施加预定压力；

步骤2：通过千斤顶9、斜向导轨6和三角滑动块5推动错动盘模型箱2进行斜向错动模拟，观测土体中地下结构模型的破坏模式。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种斜向滑动断层模拟装置，其特征在于：包括固定盘模型箱、错动盘模型箱、长方体台座、棱柱台座、三角滑动块、斜向导轨、内置气囊以及千斤顶；固定盘模型箱固定于长方体台座上，错动盘模型箱活动设置于棱柱台座上，固定盘模型箱与错动盘模型箱一侧斜向配合并相通以形成一用于放置土体模型的腔体；斜向导轨设置于棱柱台座的斜面上，三角滑动块固定于错动盘模型箱底端并在千斤顶作用下沿斜向导轨滑动，以推动错动盘模型箱相对固定盘模型箱沿斜向错动；内置气囊分别设置于固定盘模型箱和错动盘模型箱之内并向土体模型施加竖向压力。

2.根据权利要求1所述的斜向滑动断层模拟装置，其特征在于，所述错动盘模型箱下布置四个棱柱台座，每个棱柱台座斜面上布置两个所述斜向导轨，所述三角滑动块和所述斜向导轨的滑动接触面黏贴特氟龙材料。

3.根据权利要求1所述的斜向滑动断层模拟装置，其特征在于，所述固定盘模型箱与错动盘模型箱均包括三面壁板和一面底板以形成侧向开口的箱体；其中所述固定盘模型箱的开口由上至下向外倾斜，所述错动盘模型箱的开口由上至下向内倾斜，两开口配合抵接以形成一腔体。

4.根据权利要求3所述的斜向滑动断层模拟装置，其特征在于，所述固定盘模型箱与错动盘模型箱于开口相接处布置砂土挡板。

5.根据权利要求3所述的斜向滑动断层模拟装置，其特征在于，所述固定盘模型箱与错动盘模型箱的壁板外侧布置纵梁与横向加劲肋进行加强。

6.根据权利要求1所述的斜向滑动断层模拟装置，其特征在于，所述固定盘模型箱和错动盘模型箱的顶部分别安装盖板，盖板与所述模型箱的侧壁螺栓连接，盖板上布置横梁、纵向加劲肋进行加强。

7.根据权利要求1所述的斜向滑动断层模拟装置，其特征在于，所述千斤顶沿错动方向放置，千斤顶顶推方向与所述斜向导轨同向并顶推三角滑动块。

8.一种基于权利要求1至7任一项所述的斜向滑动断层模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据待模拟土体埋深，选择要施加的土体围压，通过内置气囊向所述固定盘模型箱和错动盘模型箱形成的腔体内的土体模型施加预定压力；

步骤2：通过千斤顶推动三角滑块沿斜向导轨运动，从而推动错动盘模型箱相对固定盘模型箱进行斜向错动模拟，观测土体中地下结构模型的破坏模式。