CN109754697A - 一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，试验架上设置有刻度标识结构；试验模型块包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体设置在试验架中且与其紧密贴合；第一加荷板水平布置在透明亚克力板矩形箱体的底端面；第二加荷板垂直第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面。本发明提供了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，能够精确模拟断层产状，同时能够在避免出现“立体箱效应”以及保证模拟初始应力场的前提下，量化模拟断层活化过程，实现对衬砌开裂过程及破坏形态的观测，保证试验准确性、合理性，提高试验规范性以及可操作性。

Description

一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置

技术领域

本发明涉及试验装置技术领域，更具体的说是涉及一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置。

背景技术

相似模拟试验一直是现今试验研究的主流试验验证方法，利用相似材料模拟用于隧道、地下结构等真实的工程条件，试验观察和研究工程衬砌结构、围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，通过相似模拟试验进一步认识衬砌--围岩耦合应力转换的机理，从而对于寻求有效的隧道工程衬砌--围岩耦合极限应力阙值是非常有益的。

大量工程实践表明，隧道、地下工程断层段是隧道抗错动的薄弱环节。因此，对于高烈度地震区和断裂带的错动反应；衬砌--围岩--断层带在断层错动过程中应力重分布及能量转换关系；跨断层隧道的断层活动破坏机理；评价跨断层隧道的抗错动安全性等成为了试验室三维模拟的研究趋势。

并且，在目前相似模拟试验中，立体试验模拟试验装置大多使用固定模型装置，或改装的双向错动模拟装置，亦或忽略重力影响的倾倒式三维试验装置，但由于上述试验装置需要将试验土装入在试验箱中，则利用试验土构成的模型模拟隧道等地下工程结构发生断层时，导致试验土构成的模型与试验箱之间发生相对错动而产生较大的摩擦力，从而产生“立体箱效应”，导致应力不均，影响试验数据的准确性，以及当轴向应力变大时，边界效应尤为明显，导致难以进行预定应力路径的试验，导致操作性较差；

同时，对于双向错动模拟装置，通常使用刚性加荷的方式，试验土体变形较小，应变较大，则当双向施加水平应力(两个水平应力的方向相反)时，两个方向的加荷板在夹角处会相互接触而制约主应力方向的错动，导致影响试验数据的准确性，并且操作性较差；

而对于倾倒式三维试验装置，模拟断层错动时通常将立体模型倾倒放置，通过水平方向施加作用模拟断层错动，但此方法忽略了重力影响，对于隧道初始应力场的模拟有待考究，且当逆断层错动时垂直方向错动与水平方向错动比值大于断层倾角正切时，上盘会出现悬挑梁结构，因此上述方法中难以模拟上盘悬挑梁结构，同样影响试验数据的准确性，且操作性较差。

因此，如何提供一种准确模拟工程实况，同时提高操作性能的模拟断层错动的三维相似物理试验装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，能够精确模拟断层产状(走向、倾向和倾角)，同时能够在避免出现“立体箱效应”以及保证模拟初始应力场的前提下，量化模拟断层活化过程，实现对衬砌开裂过程及破坏形态的观测，保证试验准确性、合理性，提高试验规范性以及可操作性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，包括试验架、试验模型块、第一加荷板、第二加荷板、第一液压装置及第二液压装置，所述试验架上设置有刻度标识结构；

所述试验模型块包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体设置在所述试验架中且与其紧密贴合；

所述第一加荷板水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧；

所述第二加荷板垂直所述第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

所述第一液压装置的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷；

所述第二液压装置的液压杆驱动所述第二加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷。

本发明通过在所述试验架上设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑，从而能够根据所述试验模型块发生断层前后所对应的刻度值变化量精确计算出断层走向、倾向以及断层倾角的大小，同时使试验过程直观化，为试验提供便捷条件；

并且，本发明将试验土和透明透明亚克力板矩形箱体作为一个整体的试验模型块进行断层错动的模拟试验，从而能够模拟整体错动，避免了在模拟断层试验过程中，使试验土与普通试验箱之间产生摩擦而使应力不均的问题，从而有效避免了“立体箱效应”，提高了试验数据的准确性，并且即使当轴向应力变大时，也不会出现明显的边界效应，从而使断层模拟试验能够按照预定应力路径进行，提高了试验的规范性和可操作性；同时，由于亚克力板具有透明的特性，从而能够清晰地观测试验模型块进行断层错动的直观影响。

同时，本发明所述第一加荷板水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，且所述第一液压装置的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，不仅为所述试验模型块提供了竖向载荷，能够模拟所述试验模型块受到竖直方向挤压力而发生错动的现象，而且避免模拟断层错动的过程中忽略重力影响而导致难以模拟上盘悬挑梁结构的问题，从而提高了试验过程的可操作性以及试验结果的准确性；

所述第二加荷板垂直所述第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面，且所述第二液压装置的液压杆驱动所述第二加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，不仅能够为所述试验模型块提供横载荷，模拟所述试验模型块受到水平方向挤压力而发生错动的现象，而且避免由于双向施加水平应力而导致两个方向的加荷板在夹角处相互接触，制约主应力驱动所述试验模型块错动的问题，从而同时提高了试验过程的可操作性以及试验结果的准确性。

优选的，所述试验架包括承载底板框架、多个立柱和挡板，多个所述立柱均匀间隔固定在所述承载底板框架的四周，并且位于所述透明亚克力板矩形箱体一侧端面的相邻所述立柱之间固定所述第二加荷板，位于所述透明亚克力板矩形箱体其余侧端面的相邻所述立柱之间固定连接所述挡板，所述第二加荷板和所述挡板均与所述承载底板框架平行设置，从而能够通过所述试验架稳定地承载所述试验模型块，同时便于对所述试验模型块施加横向载荷和竖向载荷，以及便于观测所述试验模型块发生错动的过程。

优选的，所述立柱和所述挡板的外表面上均设置有刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑，从而能够根据所述试验模型块发生断层前后所对应的刻度值变化量精确计算出断层走向、倾向以及断层倾角的大小，同时使试验过程直观化，为试验提供便捷条件。

优选的，所述标识结构为凸条或者凹陷。

优选的，所述第一加荷板设置在所述承载底板框架和所述透明亚克力板矩形箱体之间。

优选的，所述第一液压装置和所述第二液压装置均为多个，且多个所述第一液压装置均匀设置在所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，多个所述第二液压装置均匀设置在所述透明亚克力板矩形箱体的一侧端面，从而使所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧以及一侧端面均受力均匀，提高试验的准确性。

优选的，所述承载底板框架分别与所述立柱焊接、与所述挡板以及与所述第二加荷板通过紧固件连接，从而一方面使所述试验架稳固，另一方面，便于拆卸所述挡板和所述第二加荷板，从而方便处理试验现场。

优选的，物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备；

S2：搭设好试验架，在试验架中的立柱和挡板上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块设置在所述试验架中，且所述试验模型块包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体紧贴所述试验架；

S4：将所述第一加荷板水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，所述第二加荷板垂直所述第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：所述第一液压装置的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，模拟所述试验模型块受到竖直方向挤压力而发生错动的现象；或

所述第二液压装置的液压杆驱动所述第二加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟所述试验模型块受到水平方向挤压力而发生错动的现象；或

所述第一液压装置的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，同时所述第二液压装置的液压杆驱动所述第二加荷板向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟所述试验模型块同时受到水平方向挤压力和竖直方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中所述相关的仪器设备以及步骤S2中所述立柱和所述挡板上设置的刻度标识结构，测量和记录所述试验模型块发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

本发明的物理模拟试验方法不仅克服了“立体箱效应”和边界效应，避免了现有技术中由于双向施加水平应力而导致两个方向的加荷板在夹角处相互接触而制约主应力方向的错动，以及避免现有技术模拟断层错动的过程中忽略重力影响而导致难以模拟上盘悬挑梁结构的问题，从而提高了试验过程的可操作性以及试验结果的准确性，而且本发明的物理模拟试验方法准确测量和记录所述试验模型块发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角，能够更精确、更合理的模拟工程实际，最大化、最合理的模拟初始应力场和断层黏滑错动过程，并且为各种土工测试方法提供了便捷条件。

优选的，所述相关的仪器设备包括应变片、光纤、布里渊分布式光纤测试仪、三维静态变形测量仪、高清摄像仪，且所述应变片和所述光纤均设置在所述试验土中，从而能够将本发明与其他试验设备配合使用，并将本发明中的试验数据传输到相关的实验设备中，使整个模拟试验过程更加科学合理(本发明与所述相关的仪器的连接方式以及配合使用的方法是现有技术，在此就不再赘述)。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，可以实现如下技术效果：

1、本发明试验架中的立柱和挡板上均设置有刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑，从而能够根据试验模型块发生断层前后所对应的刻度值变化量精确计算出断层走向、倾向以及断层倾角的大小，同时使试验过程直观化，为试验提供便捷条件；

2、本发明第二加荷板垂直第一加荷板布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面，并且第二液压装置的液压杆驱动第二加荷板向透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，不仅为试验模型块提供了横向载荷，能够模拟试验模型块受到水平方向挤压力而发生错动的现象，而且避免了现有技术中由于双向施加水平应力而导致两个方向的加荷板在夹角处相互接触而制约主应力方向的错动，从而同时提高了试验过程的可操作性以及试验结果的准确性；

3、本发明第一加荷板水平布置在透明亚克力板矩形箱体的底端面，并且第一液压装置的液压杆驱动透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的第一加荷板向透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，不仅为试验模型块提供了竖向载荷，能够模拟试验模型块受到竖直方向挤压力而发生错动的现象，而且避免现有技术模拟断层错动的过程中忽略重力影响而导致难以模拟上盘悬挑梁结构的问题，从而提高了试验过程的可操作性以及试验结果的准确性；

4、本发明将试验土和透明的透明亚克力板矩形箱体作为一个整体的试验模型块进行断层错动的模拟试验，不但能够模拟整体错动，而且解决了现有技术在模拟断层试验过程中，导致试验土与试验箱之间产生摩擦而使应力不均的问题，从而有效避免了“立体箱效应”，提高了试验数据的准确性，并且即使当轴向应力变大时，也不会出现明显的边界效应，从而使断层模拟试验能够按照预定应力路径进行，提高了试验的规范性和可操作性；同时，由于亚克力板具有透明的特性，从而能够清晰地观测试验模型块进行断层错动的直观影响；

5、本发明既能够模拟试验模型块只受到水平方向挤压力而发生错动的现象，并且避免了现有技术中由于双向施加水平应力而导致两个方向的加荷板在夹角处相互接触而制约主应力方向的错动；又可以模拟试验模型块只受到竖直方向挤压力而发生错动的现象，并且避免现有技术模拟断层错动的过程中忽略重力影响而导致难以模拟上盘悬挑梁结构的问题；还可以模拟试验模型块同时受到水平方向挤压力和竖直方向挤压力而发生错动的现象，同时提高试验过程的可操作性和试验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置的结构图；

图2附图为本发明一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置的试验架的结构图

图3附图为本发明一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置的试验模型块发生断层的结构图；

图4附图为本发明一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置的立柱的结构图；

图5附图为本发明一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置的挡板的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，能够精确模拟断层产状(走向、倾向和倾角)，同时能够在避免出现“立体箱效应”以及保证模拟初始应力场的前提下，量化模拟断层活化过程，实现对衬砌开裂过程及破坏形态的观测，保证试验准确性、合理性，提高试验规范性以及可操作性。

本发明实施例公开了一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，包括试验架1、试验模型块2、第一加荷板3、第二加荷板4、第一液压装置5及第二液压装置6，试验架1上设置有刻度标识结构；

试验模型块2包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体设置在试验架1中且与其紧密贴合；

第一加荷板3水平布置在透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧；

第二加荷板4垂直第一加荷板3布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

第一液压装置5的液压杆驱动透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的第一加荷板3向透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷；

第二液压装置6的液压杆驱动第二加荷板4向透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷。

为了进一步优化上述技术方案，试验架1包括承载底板框架11、多个立柱12和挡板13，多个立柱12均匀间隔固定在承载底板框架11的四周，并且位于透明亚克力板矩形箱体一侧端面的相邻立柱12之间固定第二加荷板4，位于透明亚克力板矩形箱体其余侧端面的相邻立柱12之间固定连接挡板13，第二加荷板4和挡板13均与承载底板框架11平行设置。

为了进一步优化上述技术方案，立柱12和挡板13的外表面上均径向设置有刻度标识结构。

为了进一步优化上述技术方案，承载底板框架11分别与立柱12焊接、与挡板13以及与第二加荷板4通过紧固件连接。

为了进一步优化上述技术方案，第一加荷板3设置在承载底板框架11和透明亚克力板矩形箱体之间。

为了进一步优化上述技术方案，第一液压装置5和第二液压装置6均为多个，且多个第一液压装置5均匀设置在透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，多个第二液压装置6均匀设置在透明亚克力板矩形箱体的一侧端面。

为了进一步优化上述技术方案，物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备；

S2：搭设好试验架1，在试验架1中的立柱12和挡板13上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块2设置在试验架1中，且试验模型块2包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体紧贴试验架1；

S4：将第一加荷板3水平布置在透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，第二加荷板4垂直第一加荷板3布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：第一液压装置5的液压杆驱动透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的第一加荷板3向透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，模拟试验模型块2受到竖直方向挤压力而发生错动的现象；或

第二液压装置6的液压杆驱动第二加荷板4向透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟试验模型块2受到水平方向挤压力而发生错动的现象；或

第一液压装置5的液压杆驱动透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的第一加荷板3向透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，同时第二液压装置6的液压杆驱动第二加荷板4向透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟试验模型块2同时受到水平方向挤压力和竖直方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中相关的仪器设备以及步骤S2中立柱12和挡板13上设置的刻度标识结构，测量和记录试验模型块2发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

为了进一步优化上述技术方案，相关的仪器设备包括应变片、光纤、布里渊分布式光纤测试仪、三维静态变形测量仪、高清摄像仪，且应变片和光纤均设置在试验土中。

实施例1：

本发明模拟断层错动的三维相似物理试验装置的物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备，相关的仪器设备包括应变片、光纤、布里渊分布式光纤测试仪、三维静态变形测量仪、高清摄像仪，且应变片和光纤均设置在试验土中；

S2：搭设好试验架1，在试验架1中的立柱12和挡板13上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块2设置在试验架1中，且试验模型块2包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体紧贴试验架1；

S4：将第一加荷板3水平布置在透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，第二加荷板4垂直第一加荷板3布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：第一液压装置5的液压杆驱动透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的第一加荷板3向透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，使模拟试验模型块2底端端的一侧受到竖直向上的载荷压力，底端端的另一侧不受竖直方向的载荷压力，模拟试验模型块2受到竖直方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中相关的仪器设备以及步骤S2中立柱12和挡板13上设置的刻度标识结构，测量和记录试验模型块2发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

实施例2：

本发明模拟断层错动的三维相似物理试验装置的物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备，相关的仪器设备包括应变片、光纤、布里渊分布式光纤测试仪、三维静态变形测量仪、高清摄像仪，且应变片和光纤均设置在试验土中；

S2：搭设好试验架1，在试验架1中的立柱12和挡板13上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块2设置在试验架1中，且试验模型块2包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体紧贴试验架1；

S4：将第一加荷板3水平布置在透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，第二加荷板4垂直第一加荷板3布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：第二液压装置6的液压杆驱动第二加荷板4向透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，使试验模型块2一侧端面受到横向载荷加荷板3的横向载荷压力，另一侧端面受到挡板13的横向阻力，模拟试验模型块2受到水平方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中相关的仪器设备以及步骤S2中立柱12和挡板13上设置的刻度标识结构，测量和记录试验模型块2发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

实施例3:

本发明模拟断层错动的三维相似物理试验装置的物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备，相关的仪器设备包括应变片、光纤、布里渊分布式光纤测试仪、三维静态变形测量仪、高清摄像仪，且应变片和光纤均设置在试验土中；

S2：搭设好试验架1，在试验架1中的立柱12和挡板13上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块2设置在试验架1中，且试验模型块2包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，试验土填充在透明亚克力板矩形箱体中，透明亚克力板矩形箱体紧贴试验架1；

S4：将第一加荷板3水平布置在透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，第二加荷板4垂直第一加荷板3布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：第一液压装置5的液压杆驱动透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的第一加荷板3向透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，同时第二液压装置6的液压杆驱动第二加荷板4向透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，使模拟试验模型块2一侧端同时受到水平载荷压力和竖直载荷压力，另一侧端既不受水平载荷压力，也不受竖直载荷压力，模拟试验模型块2同时受到水平方向挤压力和竖直方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中相关的仪器设备以及步骤S2中立柱12和挡板13上设置的刻度标识结构，测量和记录试验模型块2发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，包括试验架(1)、试验模型块(2)、第一加荷板(3)、第二加荷板(4)、第一液压装置(5)及第二液压装置(6)，所述试验架(1)上设置有刻度标识结构；

所述试验模型块(2)包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体设置在所述试验架(1)中且与其紧密贴合；

所述第一加荷板(3)水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体的底端面；

所述第二加荷板(4)垂直所述第一加荷板(3)布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

所述第一液压装置(5)的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板(3)向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷；

所述第二液压装置(6)的液压杆驱动所述第二加荷板(4)向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷。

2.根据权利要求1所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述试验架(1)包括承载底板框架(11)、多个立柱(12)和挡板(13)，多个所述立柱(12)均匀间隔固定在所述承载底板框架(11)的四周，并且位于所述透明亚克力板矩形箱体一侧端面的相邻所述立柱(12)之间固定所述第二加荷板(4)，位于所述透明亚克力板矩形箱体其余侧端面的相邻所述立柱(12)之间固定连接所述挡板(13)，所述第二加荷板(4)和所述挡板(13)均与所述承载底板框架(11)平行设置。

3.根据权利要求2所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述立柱(12)和所述挡板(13)的外表面上均径向设置有刻度标识结构。

4.根据权利要求2所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述承载底板框架(11)分别与所述立柱(12)焊接、与所述挡板(13)以及与所述第二加荷板(4)通过紧固件连接。

5.根据权利要求2所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述第一加荷板(3)设置在所述承载底板框架(11)和所述透明亚克力板矩形箱体之间。

6.根据权利要求5所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述第一液压装置(5)和所述第二液压装置(6)均为多个，且多个所述第一液压装置(5)均匀设置在所述透明亚克力板矩形箱体底端面的一侧，多个所述第二液压装置(6)均匀设置在所述透明亚克力板矩形箱体的一侧端面。

7.根据权利要求1所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备；

S2：搭设好试验架(1)，在试验架(1)中的立柱(12)和挡板(13)上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块(2)设置在所述试验架(1)中，且所述试验模型块(2)包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体紧贴所述试验架(1)；

S4：将所述第一加荷板(3)水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体的底端面，所述第二加荷板(4)垂直所述第一加荷板(3)布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：所述第一液压装置(5)的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板(3)向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，模拟所述试验模型块(2)受到竖直方向挤压力而发生错动的现象；或

所述第二液压装置(6)的液压杆驱动所述第二加荷板(4)向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟所述试验模型块(2)受到水平方向挤压力而发生错动的现象；或

所述第一液压装置(5)的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板(3)向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，同时所述第二液压装置(6)的液压杆驱动所述第二加荷板(4)向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟所述试验模型块(2)同时受到水平方向挤压力和竖直方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中所述相关的仪器设备以及步骤S2中所述立柱(12)和所述挡板(13)上设置的刻度标识结构，测量和记录所述试验模型块(2)发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

8.根据权利要求7所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述相关的仪器设备包括应变片、光纤、布里渊分布式光纤测试仪、三维静态变形测量仪、高清摄像仪，且所述应变片和所述光纤均设置在所述试验土中。