CN106875804A - 一种模拟岩土体正逆断层运动的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟岩土体正逆断层运动的试验装置及方法，该装置包括框架、模型箱和导向装置；框架上安装摄像设备和位移量测装置；模型箱的底板由上盘和下盘构成，下盘固定于横梁上，上盘与模型箱的右壁固定连接且与前壁、后壁保持空隙；导向装置包括模型箱侧向导向装置和底板导向装置；底板导向装置包括导向板和可调节导向部件，导向板包括上叶和下叶，上叶与上盘左端固定连接，下叶一端与下盘转动连接，另一端与可调节导向部件固定连接；可调节导向部件沿水平方向伸缩，带动下叶沿下盘转动，从而带动上叶沿下叶向斜上方滑动。本发明可精确量测土体变形，全过程再现土体扩展破裂，快速卸除箱内土体，节省试验成本，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域的模型试验装置，具体地说，涉及一种模拟岩土体正逆断层运动的试验装置及方法。
背景技术
我国地处环太平洋与喜马拉雅山火山地震带，活断层广泛分布，地壳运动较为活跃，近年来更是呈现出地震高发状态。随着国家城镇化的不断推进，在城市规划设计中，地下管道(给排水及输电)、地铁及隧道等工程线路很难完全避开活断层，特别是多山和多丘陵地区。地震作用通常会诱发活断层的错动运动，导致上覆土体破裂，造成上述地下基础设施及地表建筑物的破坏，给城市人民的生命和财产安全带来重大隐患。因此，模拟断层的错动运动，分析错动引起的上覆土体变形和破坏过程，对于城市地下基础设施的选址、设计及施工，具有重要的指导意义和参考价值。
断层错动的研究手段主要有震后调查、数值模拟和模型试验。其中，震后调查无法真实再现断层错动导致的上覆土体破裂扩展过程；数值模拟构建的计算模型比较理想化，与真实断层错动相比具有较大偏差；模型试验能够更加真实可靠的再现断层错动作用下的上覆土体破裂、扩展过程。模型试验的操作环境通常分为常重力和超重力两类，后者通过缩尺模型能够模拟不同深度处的断层错动活动，但试验成本高昂且操作难度大，因此断层错动模型试验大多在常重力环境下进行。常重力环境下的断层错动模型试验广泛开展，但试验装置在技术和操作上仍存在一些不足：
(1)模型试验装置设计和加工时，假定断层沿垂直方向或30-90°间的某单一倾角方向错动，同一装置无法完成不同倾角的断层错动试验；
(2)试验加载完成后，土样模型的拆卸、回收费时费力；
(3)只能模拟正断层和逆断层中的一种。
上述诸问题将导致试验装置的重复使用率降低，试验成本提高，若试验工况发生改变则需另行设计相匹配的模型装置以满足科学研究的需要；另外，模型加载完毕后的土样拆除工作效率低下，将会延长试验周期。
为此，设计一种高效、多功能的断层错动试验模型装置，根据工况要求任意调整(30-90°范围内)断层错动倾角，模型箱侧壁开设门洞方便土体拆卸，模拟正/逆断层错动运动引起的上覆土体变形破坏，是研究地震诱发城市地下基础设施和地表建筑物破坏的较为切实可行的方法。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种改进的模型试验装置，解决现有试验装置断层错动倾角无法根据研究需要灵活调整、加载完毕后土样模型拆除效率低以及只能模拟正或逆断层错动的问题，本发明的另一目的在于提供一种模拟正/逆断层错动运动的试验方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，包括框架、模型箱和导向装置；
所述框架由竖向柱、横梁和水平板连接而成，竖向柱下端固定于水平板上，上部与各个横梁焊接构成模型箱框架；框架左侧上部横梁安装摄像装置，后侧上部横梁安装位移量测装置，二者共同记录错动过程中土层上表面的变形；
所述模型箱包括前壁、后壁、左壁、右壁及底板，上部开口无封闭；左壁利用合页结构实现开闭功能，便于试验后土层卸除；底板由上盘和下盘构成，下盘固定于横梁上，上盘与右壁固定连接且与前壁、后壁保持空隙，上盘的底面与水平板间安装加载设备，为正/拟断层错动提供动力；
所述导向装置包括模型箱侧向导向装置和底板导向装置；模型箱侧向导向装置包括至少一个导向设备，导向设备安装于模型箱的右壁和框架右壁之间，包括静止导向块、滑动装置、直线型滑动轨道、扇形可调导向块和固定板，固定板右侧固定于框架右壁，扇形可调导向块左侧圆心处铆接于固定板，右侧弧形边缘处开设穿透圆弧轨并插入螺钉连接于固定板，下侧与直线型滑动轨道固定在一起，静止导向块锚固于模型箱的右壁，并通过滑动装置连接直线型滑动轨道，转动扇形可调导向块使其上直线型滑动轨道倾角与错动倾角一致，即可控制模型箱的右壁沿直线型滑动轨道向斜上方错动；
底板导向装置包括导向板和可调节导向部件，导向板包括上叶和下叶，上叶与上盘左端固定连接，下叶一端与下盘转动连接，另一端与可调节导向部件固定连接，上叶置于下叶上表面；可调节导向部件沿水平方向伸缩，带动下叶沿下盘转动，从而带动上叶沿下叶向斜上方滑动。
进一步地，长度方向的模型箱框架底部的横梁肋部与水平板间增设竖向支撑，提高模型箱框架的承载力。
进一步地，所述模型箱侧向导向装置包括2n个导向设备，以n行2列安装在模型箱的右壁和框架右壁之间。
进一步地，所述模型箱的前壁为透明钢化玻璃板，透明钢化玻璃板上布置若干阵列式排布的圆形黑色实心PIV技术控制点，追踪土层的变形，模型箱的前壁正前方摆放高分辨率相机，相机固定在三脚架底座，按一定时间间隔拍照记录断层错动引起的土体破裂过程，供后续PIV分析使用。
进一步地，上盘与前壁、后壁之间的空隙采用土工布和凡士林密封，上盘和下盘交界处铺设一层聚乙烯薄膜，聚乙烯薄膜通过凡士林粘附于上盘表面，避免错动过程中空隙及交界处出现漏土问题。
进一步地，可调节导向部件包括L型三角板、钢管和螺纹杆，L型三角板垂直焊接于底板下部横梁上；钢管分为两段，水平放置，内部设螺纹；第一段左端固定于L型三角板右侧，螺纹杆左端旋入第一段内，右端旋入第二段内，第二段另一端与下叶固定连接。
进一步地，位移量测装置包括固定杆、线性位移传感器、直流式稳压电源和水平标定板，固定杆将线性位移传感器固定于框架后侧上部横梁，水平标定板固定于模型箱的右壁上部，线性位移传感器与直流稳压电源连接，另一端竖向探头与水平标定板接触，错动时水平标定板随模型箱的右壁一起运动，探头与之作用力变化引起线性位移传感器电压读数的改变，进而可转换为上盘的竖向位移。
一种模拟岩土体正逆断层运动的试验方法，包括以下步骤：
第一步：试验装置安放与调试
(1.1)选取空旷、平整场地，将试验装置置于地表，调整试验装置至水平且底部的水平板与地面间不得有空隙，试验装置应摆正，模型箱的前壁正前方留有一定空间，用于安放摄像设备；
(1.2)底板导向装置调试：调节可调节导向部件，使导向板的下叶沿下盘转动，导向板的上叶在下叶支撑力作用下顺势转动，待上叶与上盘夹角等于断层错动预设角度时，停止调节可调节导向部件，且将上叶上端与上盘固定为整体；
(1.3)侧向导向装置调试：静止导向块斜面与水平面夹角与错动倾角值相同，松开扇形可调导向块上螺钉，调整螺钉在圆弧轨的位置，使直线型滑动轨道与静止导向块的斜面平行，将螺钉拧紧，确保错动过程中扇形可调导向块不会出现松动；
(1.4)加载设备调试：按断层错动类型和错动速率，设置加载设备伺服电机的转向和转速，加载设备对上盘底部作用力的方向与错动倾角的方向一致；
(1.5)量测和摄像装置调试：线性位移传感器的探头沿竖向与水平标定板接触，改变水平标定板的水平高度，读取传感器电压读数，并利用游标卡尺记录各电压数对应的标定板竖向位移，对线性位移传感器进行标定；调整框架左侧上部横梁上的摄像装置与水平面夹角，使拍摄范围尽可能多的覆盖土层表面；三脚架相对模型箱的前壁正前方应保持合适距离，调整底座高度至可拍摄到PIV分析控制点，然后将底座调平，固定相机；根据错动总时间调整摄像装置的自动拍摄时间间隔；
(1.6)PIV技术控制点：取抹布将模型箱的前壁内、外侧擦拭干净，取黑色记号笔在透明钢化玻璃外侧轻涂，得到阵列式的黑色实心PIV技术控制点，且黑色点间距相同、大小均匀；
(1.7)调整上盘与下盘至同一水平面，上盘与模型箱右壁和模型箱前壁、后壁空隙用棒状土工布和凡士林封堵，上盘和下盘交界面铺设聚乙烯薄膜，模型箱左壁用橡胶皮垫和螺丝密闭，将模型箱内的杂物全部清除；
第二步：土体模型制备
采用密度控制法控制所浇砂的相对密实度，遵循“定量称取，分层浇筑，严控体积，界面刮毛，多缺少补”的原则，即：
(2.1)首先确定试验用土类型，对试验用土相对密实度-落距进行标定，得到不同落距浇土对应的相对密实度关系曲线；
(2.2)根据土体相对密实度大小、所需的地表倾角α及土层厚度H，计算得到需装入土体的总体积V和总质量M，同时计算出模型箱中100mm厚土体的质量m，将总质量M的土体按质量m分为若干份浇筑；
(2.3)为了准确分辨、追踪模型箱中土层的变形开裂，土体分层浇筑，每浇筑层在模型箱前壁内侧加铺一层厚1.5-2mm的彩色土体；
(2.4)每层刚浇筑完的土样表面难以避免的会出现起伏不平，采用刚度较大、宽度略小于土箱宽度的钢条初步找平，再用面积较大的刚性平板分区域来回反复按压，直到该层各处厚度均匀，均为100mm；
(2.5)为保证先后浇筑的两层砂接触良好，不产生人工节理，用软毛刷将表面刷到平整并适当刮毛；
(2.6)当所有砂浇注完成后，用软毛刷沿土箱侧壁事先绘制好的边界线将地表按所需场地倾角α刷成一个斜面，多缺少补；
(2.7)量测土体总高度，计算浇筑总体积，计算浇筑土体的密实度，检查其是否满足试验要求；
第三步：模型加载及土样拆除
(3.1)检查导向装置、量测装置和加载设备的工作性能，查看模型箱的密封性；
(3.2)在试验室工作人员协助下，启动加载设备和位移量测装置等，开始断层错动，时刻关注仪器设备的性能指标，若出现异常立即停止加载；
(3.3)待上盘错动至指定位置处，关闭加载设备和位移量测装置，提取试验数据和图像、视频资料；
(3.4)将上盘回落至与下盘同一水平面，打开模型箱左壁，开口位置下部放塑料桶，把模型箱内的土体利用铲具盛入桶内，最后将模型箱中粘有凡士林的不可用土体、土工布、聚乙烯膜等一并清扫倾倒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过装设底板导向、侧向导向和加载设备，实现了装置沿不同预设倾角(30°-90°)的正/逆断层错动；模型箱前壁为透明钢化玻璃，外侧设PIV技术控制点，框架左侧及后侧安装摄像机和位移传感器，精确量测土体变形，全过程再现土体扩展破裂；模型箱左壁利用合页结构实现开闭功能，加载完毕后可快速将箱内土体卸除；节省了试验成本、提高了工作效率，量测更为精确且能观察断层错动的全过程。
附图说明
图1是本发明的结构正视图。
图2是本发明的结构左视图。
图3是本发明的结构后视图。
图4是本发明的结构俯视图。
图5是本发明的底板导向装置结构示意图。
图6是本发明的侧向导向装置结构示意图。
图中：1-竖向柱，2-横梁，3-水平板，4-竖向支撑，5-摄像装置，6-位移量测装置，7-土层，8-前壁，9-右壁，10-上盘，11-下盘，12-加载设备，13-框架右壁，14-PIV技术控制点，15-土工布，16-聚乙烯薄膜，17-上叶，18-下叶，19-三角板，20-钢管，21-螺纹杆，22-导向设备，23-后壁，24-左壁，25-合页结构，26-直线型滑动轨道，27-静止导向块，28-扇形可调导向块，29-滑动装置，30-固定板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明不局限于具体实施例。
实施例1
如图1-图6所示，模拟正/逆断层错动的试验装置，包括框架、模型箱、导向装置；
所述框架由竖向柱1、横梁2和水平板3连接而成，竖向柱1下端固定于底部水平板3(厚为25mm的钢板)，上部与各个横梁2焊接构成模型箱框架，竖向柱1与横梁2材质为方钢，前者横截面边长和纵向长度分别为50和1500mm，后者横截面边长为35mm，纵向长度为2300/300mm。长度方向的模型箱框架底部的横梁2肋部与水平板3间每隔400-700mm增设一对横截面边长25mm、纵向长度700mm的竖向支撑4，提高模型箱框架的承载力。框架左侧上部横梁2安装摄像设备5，后侧上部横梁2安装位移量测装置6，二者共同记录错动过程中土层7上表面的变形；
所述模型箱包括前壁8、后壁23、左壁24、右壁9及底板，上部开口无封闭；左壁24利用合页结构25实现开闭功能，便于试验后土体卸除，底板由上盘10和下盘11构成，下盘11固定于横梁2上，上盘10与右壁9固定连接且与前壁8、后壁23保持空隙，上盘10的底面与水平板3间安装设加载设备12，为正/拟断层错动提供动力；前壁8为厚15mm的透明钢化玻璃板，通过螺栓固定于框架，透明钢化玻璃板上布置若干阵列式排布的直径6mm、间距75mm的圆形黑色实心PIV技术控制点14，追踪土层7的变形，模型箱的前壁8正前方摆放高分辨率相机，相机固定在三脚架底座，按一定时间间隔拍照记录断层错动引起的土体破裂过程，供后续PIV分析使用；上盘10与前壁8、后壁23之间的空隙采用土工布15和凡士林密封，上盘10和下盘11交界处铺设一层聚乙烯薄膜16，聚乙烯薄膜通过凡士林粘附于上盘10表面，避免错动过程中空隙及交界处出现漏土问题；
所述导向装置包括模型箱侧向导向装置和底板导向装置，模型箱侧向导向装置包括四个导向设备22，以2行2列排列形式安装在模型箱的右壁9和框架右壁13之间，包括静止导向块27、滑动装置29、直线型滑动轨道26、扇形可调导向块28和固定板30，固定板30右侧固定于框架右壁13，扇形可调导向块28左侧圆心处铆接于固定板30，右侧弧形边缘处开设穿透圆弧轨并插入螺钉连接于固定板30，下侧与直线型滑动轨道26固定在一起，静止导向块27锚固于模型箱的右壁9，并通过滑动装置29连接直线型滑动轨道26，转动扇形可调导向块28使其上直线型滑动轨道26倾角与错动倾角一致，即可控制模型箱的右壁9沿直线型滑动轨道27向斜上方错动；底板导向装置包括导向板和可调节导向部件，导向板包括上叶17和下叶18，上叶17与上盘10左端固定连接，下叶18一端与下盘11转动连接，另一端与可调节导向部件固定连接，上叶17置于下叶18上表面；可调节导向部件包括L型三角板19、钢管20和螺纹杆21，L型三角板19垂直焊接于底板下部横梁2上，钢管20分为两段，水平放置，内部设螺纹，第一段左端固定于L型三角板19右侧，螺纹杆21左端旋入第一段内，右端旋入第二段内，第二段另一端与下叶18固定连接，旋转螺纹杆21，使钢管20沿水平方向伸缩，带动下叶18沿下盘11转动，从而带动上叶17沿下叶18向斜上方滑动；位移量测装置6包括固定杆、线性位移传感器、直流式稳压电源和水平标定板，固定杆将线性位移传感器固定于框架后侧上部横梁2，水平标定板固定于模型箱的右壁9上部，线性位移传感器与直流稳压电源连接，另一端竖向探头与水平标定板接触，错动时水平标定板随模型箱的右壁9一起运动，探头与之作用力变化引起线性位移传感器电压读数的改变，进而可转换为上盘10的竖向位移。
实施例2
以扰动砂土为例，阐述本发明正/逆断层错动的试验装置操作方法过程：
第一步：试验装置安放与调试
(1.1)选取空旷、平整场地，将试验装置置于地表，调整试验装置至水平且底部的水平板3与地面间不得有空隙，试验装置应摆正，模型箱的前壁8正前方留有一定空间，用于安放摄像设备；
(1.2)底板导向装置调试：调节可调节导向部件，使导向板的下叶18沿下盘11转动，导向板的上叶17在下叶18支撑力作用下顺势转动，待上叶17与上盘10夹角等于断层错动预设角度时，停止调节可调节导向部件，且将上叶17上端与上盘10固定为整体；
(1.3)侧向导向装置调试：静止导向块27斜面与水平面夹角与错动倾角值相同，松开扇形可调导向块28上螺钉，调整螺钉在圆弧轨的位置，使直线型滑动轨道26与静止导向块27的斜面平行，将螺钉拧紧，确保错动过程中扇形可调导向块28不会出现松动；
(1.4)加载设备12调试：按断层错动类型和错动速率，设置加载设备12伺服电机的转向和转速，加载设备12对上盘10底部作用力的方向与错动倾角的方向一致；
(1.5)量测和摄像装置调试：线性位移传感器的探头沿竖向与水平标定板接触，改变水平标定板的水平高度，读取传感器电压读数，并利用游标卡尺记录各电压数对应的标定板竖向位移，对线性位移传感器进行标定；调整框架左侧上部横梁2上的摄像装置5与水平面夹角，使拍摄范围尽可能多的覆盖土层7表面；三脚架相对模型箱的前壁8正前方应保持合适距离，调整底座高度至可拍摄到PIV分析控制点14，然后将底座调平，固定相机；根据错动总时间调整摄像装置5的自动拍摄时间间隔；
(1.6)PIV技术控制点14：取抹布将模型箱的前壁8内、外侧擦拭干净，取黑色记号笔在透明钢化玻璃外侧轻涂，得到阵列式的黑色实心PIV技术控制点14，且黑色点间距相同、大小均匀；
(1.7)调整上盘10与下盘11至同一水平面，上盘10与模型箱右壁9和模型箱前壁8、后壁23空隙用棒状土工布15和凡士林封堵，上盘10和下盘11交界面铺设聚乙烯薄膜16，模型箱左壁24用橡胶皮垫和螺丝密闭，将模型箱内的杂物全部清除；
第二步：土体模型制备
采用密度控制法控制所浇砂的相对密实度，遵循“定量称取，分层浇筑，严控体积，界面刮毛，多缺少补”的原则，即：
(2.1)首先确定试验用土类型，对试验用土相对密实度-落距进行标定，得到不同落距浇土对应的相对密实度关系曲线；
(2.2)根据土体相对密实度大小、所需的地表倾角α及土层7厚度H，计算得到需装入土体的总体积V和总质量M，同时计算出模型箱中100mm厚土体的质量m，将总质量M的土体按质量m分为若干份浇筑；
(2.3)为了准确分辨、追踪模型箱中土层7的变形开裂，土体分层浇筑，每浇筑层在模型箱前壁8内侧加铺一层厚1.5-2mm的彩色土体；
(2.4)每层刚浇筑完的土样表面难以避免的会出现起伏不平，采用刚度较大、宽度略小于土箱宽度的钢条初步找平，再用面积较大的刚性平板分区域来回反复按压，直到该层各处厚度均匀，均为100mm；
(2.5)为保证先后浇筑的两层砂接触良好，不产生人工节理，用软毛刷将表面刷到平整并适当刮毛；
(2.6)当所有砂浇注完成后，用软毛刷沿土箱侧壁事先绘制好的边界线将地表按所需场地倾角α刷成一个斜面，多缺少补；
(2.7)量测土体总高度，计算浇筑总体积，计算浇筑土体的密实度，检查其是否满足试验要求；
第三步：模型加载及土样拆除
(3.1)检查导向装置、量测装置和加载设备12的工作性能，查看模型箱的密封性；
(3.2)在试验室工作人员协助下，启动加载设备12和位移量测装置6等，开始断层错动，时刻关注仪器设备的性能指标，若出现异常立即停止加载；
(3.3)待上盘10错动至指定位置处，关闭加载设备12和位移量测装置6，提取试验数据和图像、视频资料；
(3.4)将上盘10回落至与下盘11同一水平面，打开模型箱左壁24，开口位置下部放塑料桶，把模型箱内的土体利用铲具盛入桶内，最后将模型箱中粘有凡士林的不可用土体、土工布15、聚乙烯膜16等一并清扫倾倒。
以上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、替换等都将落在本发明权利要求范围内。
Claims (8)
1.一种模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：包括框架、模型箱和导向装置等。
所述框架由竖向柱(1)、横梁(2)和水平板(3)连接而成，竖向柱(1)下端固定于水平板(3)上，上部与各个横梁(2)焊接构成模型箱框架；框架左侧上部横梁(2)安装摄像装置(5)，后侧上部横梁(2)安装位移量测装置(6)，二者共同记录错动过程中土层(7)上表面的变形。
所述模型箱包括前壁(8)、后壁(23)、左壁(24)、右壁(9)及底板，上部开口无封闭；左壁(24)利用合页结构(25)实现开闭功能，便于试验后土层(7)卸除；底板由上盘(10)和下盘(11)构成，下盘(11)固定于横梁(2)上，上盘(10)与右壁(9)固定连接且与前壁(8)、后壁(23)保持空隙，上盘(10)的底面与水平板(3)间安装加载设备(12)，为正/拟断层错动提供动力。
所述导向装置包括模型箱侧向导向装置和底板导向装置；模型箱侧向导向装置包括至少一个导向设备(22)，导向设备(22)安装于模型箱的右壁(9)和框架右壁(13)之间，包括静止导向块(27)、滑动装置(29)、直线型滑动轨道(26)、扇形可调导向块(28)和固定板(30)，固定板(30)右侧固定于框架右壁(13)，扇形可调导向块(28)左侧圆心处铆接于固定板(30)，右侧弧形边缘处开设穿透圆弧轨并插入螺钉连接于固定板(3)(0)，下侧与直线型滑动轨道(26)固定在一起，静止导向块(27)锚固于模型箱的右壁(9)，并通过滑动装置(29)连接直线型滑动轨道(26)，转动扇形可调导向块(28)使其上直线型滑动轨道(26)倾角与错动倾角一致，即可控制模型箱的右壁(9)沿直线型滑动轨道(2)(6)向斜上方错动。
底板导向装置包括导向板和可调节导向部件，导向板包括上叶(17)和下叶(18)，上叶(17)与上盘(10)左端固定连接，下叶(18)一端与下盘(11)转动连接，另一端与可调节导向部件固定连接，上叶(17)置于下叶(18)上表面；可调节导向部件沿水平方向伸缩，带动下叶(18)沿下盘(11)转动，从而带动上叶(17)沿下叶(18)向斜上方滑动。
2.根据权利要求1所述的模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：长度方向的模型箱框架底部的横梁(2)肋部与水平板(3)间增设竖向支撑(4)。
3.根据权利要求1所述的模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：所述模型箱侧向导向装置包括2n个导向设备(22)，以n行2列安装在模型箱的右壁(9)和框架右壁(13)之间。
4.根据权利要求1所述的模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：所述模型箱的前壁(8)为透明钢化玻璃板，透明钢化玻璃板上布置若干阵列式排布的圆形黑色实心PIV技术控制点(14)，追踪土层(7)的变形，模型箱的前壁(8)正前方摆放高分辨率相机，相机固定在三脚架底座，按一定时间间隔拍照记录断层错动引起的土体破裂过程。
5.根据权利要求1所述的模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：上盘(10)与前壁(8)、后壁(23)之间的空隙采用土工布(15)和凡士林密封，上盘(10)和下盘(11)交界处铺设一层聚乙烯薄膜(16)，聚乙烯薄膜(16)通过凡士林粘附于上盘(10)表面。
6.根据权利要求1所述的模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：可调节导向部件包括L型三角板(19)、钢管(20)和螺纹杆(21)，L型三角板(19)垂直焊接于底板下部横梁(2)上；钢管(20)分为两段，水平放置，内部设螺纹；第一段左端固定于L型三角板(19)右侧，螺纹杆(21)左端旋入第一段内，右端旋入第二段内，第二段另一端与下叶(18)固定连接。
7.根据权利要求1所述的模拟岩土体正逆断层运动的试验装置，其特征在于：位移量测装置(6)包括固定杆、线性位移传感器、直流式稳压电源和水平标定板，固定杆将线性位移传感器固定于框架后侧上部横梁(2)，水平标定板固定于模型箱的右壁(9)上部，线性位移传感器与直流稳压电源连接，另一端竖向探头与水平标定板接触，错动时水平标定板随模型箱的右壁(9)一起运动，探头与之作用力变化引起线性位移传感器电压读数的改变，进而可转换为上盘(10)的竖向位移。
8.一种模拟岩土体正逆断层运动的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：试验装置安放与调试
(1.1)选取空旷、平整场地，将试验装置置于地表，调整试验装置至水平且底部的水平板(3)与地面间不得有空隙，试验装置应摆正，模型箱的前壁(8)正前方留有一定空间，用于安放摄像设备；
(1.2)底板导向装置调试：调节可调节导向部件，使导向板的下叶(18)沿下盘(11)转动，导向板的上叶(17)在下叶(18)支撑力作用下顺势转动，待上叶(17)与上盘(10)夹角等于断层错动预设角度时，停止调节可调节导向部件，且将上叶(17)上端与上盘(10)固定为整体；
(1.3)侧向导向装置调试：静止导向块(27)斜面与水平面夹角与错动倾角值相同，松开扇形可调导向块(28)上螺钉，调整螺钉在圆弧轨的位置，使直线型滑动轨道(26)与静止导向块(27)的斜面平行，将螺钉拧紧，确保错动过程中扇形可调导向块(28)不会出现松动；
(1.4)加载设备(12)调试：按断层错动类型和错动速率，设置加载设备(12)伺服电机的转向和转速，加载设备(12)对上盘(10)底部作用力的方向与错动倾角的方向一致；
(1.5)量测和摄像装置调试：线性位移传感器的探头沿竖向与水平标定板接触，改变水平标定板的水平高度，读取传感器电压读数，并利用游标卡尺记录各电压数对应的标定板竖向位移，对线性位移传感器进行标定；调整框架左侧上部横梁(2)上的摄像装置(5)与水平面夹角，使拍摄范围尽可能多的覆盖土层(7)表面；三脚架相对模型箱的前壁(8)正前方应保持合适距离，调整底座高度至可拍摄到PIV分析控制点(14)，然后将底座调平，固定相机；根据错动总时间调整摄像装置(5)的自动拍摄时间间隔；
(1.6)PIV技术控制点(14)：取抹布将模型箱的前壁(8)内、外侧擦拭干净，取黑色记号笔在透明钢化玻璃外侧轻涂，得到阵列式的黑色实心PIV技术控制点(14)，且黑色点间距相同、大小均匀；
(1.7)调整上盘(10)与下盘(11)至同一水平面，上盘(10)与模型箱右壁(9)和模型箱前壁(8)、后壁(23)空隙用棒状土工布(15)和凡士林封堵，上盘(10)和下盘(11)交界面铺设聚乙烯薄膜(16)，模型箱左壁(24)用橡胶皮垫和螺丝密闭，将模型箱内的杂物全部清除；
第二步：土体模型制备
采用密度控制法控制所浇砂的相对密实度：
(2.1)首先确定试验用土类型，对试验用土相对密实度-落距进行标定，得到不同落距浇土对应的相对密实度关系曲线；
(2.2)根据土体相对密实度大小、所需的地表倾角α及土层厚度H，计算得到需装入土体的总体积V和总质量M，同时计算出模型箱中100mm厚土体的质量m，将总质量M的土体按质量m分为若干份浇筑；
(2.3)为了准确分辨、追踪模型箱中土层(7)的变形开裂，土体分层浇筑，每浇筑层在模型箱前壁(8)内侧加铺一层厚1.5-2mm的彩色土体；
(2.4))每层刚浇筑完的土样表面难以避免的会出现起伏不平，采用刚度较大、宽度略小于土箱宽度的钢条初步找平，再用面积较大的刚性平板分区域来回反复按压，直到该层各处厚度均匀，均为100mm；
(2.5)为保证先后浇筑的两层砂接触良好，不产生人工节理，用软毛刷将表面刷到平整并适当刮毛；
(2.6)当所有砂浇注完成后，用软毛刷沿土箱侧壁事先绘制好的边界线将地表按所需场地倾角α刷成一个斜面，多缺少补；
(2.7)量测土体总高度，计算浇筑总体积，计算浇筑土体的密实度，检查其是否满足试验要求；
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