CN109839315A - 模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱及跨断层隧道力学行为测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，包括支撑框架、装载料斗、导轨、滑块和双向动力系统，所述装载料斗包括固定料斗和活动料斗，在活动料斗与滑块、导轨和双向动力系统的配合下，活动料斗可以同时向水平方向和纵向移动，实现对复合型错动的模拟，能更真实地还原工程实际情况，提高对跨断层隧道力学行为特征的研究的准确性。在该双向滑移式物理模型箱的基础上，本发明还提供了一种跨断层隧道力学行为测试方法。

Description

模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱及跨断层隧道力学 行为测试方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域与隧道工程领域，涉及一种模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，以及一种跨断层隧道力学行为测试方法。

背景技术

在公路铁路隧道或者矿井巷道修建时经常会遇到穿越断层或破碎带等不良地质体的情况，断层与破碎带附近往往围岩强度低，裂隙发育显著，透水性强，施工时极易出现拱顶塌方、不均匀沉降、突水突泥等工程事故，给施工带来重大损失。同时，构造断裂带也往往是地震活动带，地震等地质构造运动会引起这类断层活动，会对在建或已建成隧道带来重大破坏，造成严重的生命财产损失。因此，研究隧道在破碎带中的变形特征对指导隧道工程实践有着重要意义。

现有技术对跨断层隧道力学行为特征的研究的方法主要有现场原位测试，数值模拟，物理模型试验，其中最有效的方法是现场原位监测，即通过预先埋在隧道衬砌或内壁的应力应变及位移监测元件，获得最真实最原始的监测数据。现场原位监测的方法虽然能准确反映现场实际情况，但由于场地空间限制，监测周期较长，监测费用较高，往往只选择局部断面进行测试，测得的结果是不连续的。数值模拟是根据实际现场测量的地质条件参数，运用计算机建模来分析结构体的力学行为特征，但为了方便计算机建模与计算，实际操作过程中常对实际问题进行简化，导致所建立的模型并不能真实地反映现场情况。物理模型试验即按照一定的物理、几何相似关系建立与隧道原型结构整体或局部相对应的模型结构。通过物理模型可对原结构力学特征全过程进行观察探索，而且物理模型一般几何尺寸较小，在室内便可完成相关测试，同时，由于物理模型试验的费用适中，试验不受现场场地限制，操作方便，结果直观，故其在各类工程科学研究中占有重要地位。

关于跨断层隧道力学行为特征的物理模型试验，往往通过可滑动的物理模型试验箱或结合模拟地震的振动台来进行模拟。现有的物理模型试验箱大多仅能实现单一方的向滑动，即只能模拟走滑断层或正逆断层中的一种错动条件下的隧道力学行为特征，这样大大降低了模型箱的使用效率，要实现对这两种错动条件的模拟，需要两个不同的物理模型实验箱，也不利于试验成本的降低。而且，实际情况中的很多断层活动是复合型错动，现有的试验箱无法模拟这种复合型错动。因此亟需一种能够模拟双向滑动的物理模型试验箱，来实现各种错动条件下对跨断层隧道力学行为特征的模拟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，以解决现有模拟跨断层隧道力学行为特征的物理模型箱只能模拟断层单一方向错动的问题，实现对复合型错动的模拟，更真实地还原工程实际情况，提高对跨断层隧道力学行为特征的研究的准确性。本发明的目的之二是以该双向滑移式物理模型箱为基础，提供一种跨断层隧道力学行为测试方法。

本发明提供的模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，包括支撑框架、装载料斗、导轨、滑块和双向动力系统，

所述支撑框架包括主框架、第一副框架和第二副框架；主框架由上框架和用于支撑上框架的下框架组成，上框架为内腔中空的长方体框架，上框架的前、后两个侧面上各设有一根斜梁，各斜梁的两端分别与上框架的上、下两根横梁连接，两根斜梁相互平行并将上框架分为固定料斗安装部和活动料斗容纳部；上框架的后侧面顶部的横梁上设有供活动料斗水平移动时通过的缺口；第一副框架和第二副框架分别固定于上框架的前、后两个侧面上，第一副框架上设有与上框架上的斜梁相互平行的斜梁，第二副框架为平面框架，第二副框架与上框架上的两根斜梁在同一平面上；

所述装载料斗包括固定料斗和活动料斗；固定料斗与活动料斗均具有一个倾斜设置的开放式侧面且两个开放式侧面的倾斜角度相等，固定料斗与活动料斗的开放式侧面相互配合相通形成长方体槽状结构的装载料斗；固定料斗由一个矩形底板、一个矩形侧板和两个直角梯形侧板安装在上框架的固定料斗安装部形成；活动料斗由活动料斗框架以及安装在活动料斗框架上的一个矩形底板、两个直角梯形侧板和一个矩形侧板组成，活动料斗框架为内腔中空的底面呈直角梯形的直四棱柱框架，活动料斗框架安装矩形底板的一面上设有第二千斤顶连接横梁，活动料斗安装直角梯形侧板且靠近第一副框架的一面上设有第一千斤顶连接横梁；固定料斗和活动料斗的矩形侧板上设有衬砌模型放入口；

所述双向动力系统包括为活动料斗的水平移动和纵向移动提供动力的第一油压千斤顶和第二油压千斤顶、油泵、输油管和配电控制箱；

所述导轨包括活动料斗导轨、第一千斤顶导轨和第二千斤顶导轨；活动料斗导轨包括一对第一导轨和一对第二导轨，各第一导轨分别安装在上框架靠近第一副框架处的斜梁上和第二副框架上，第一导轨与斜梁相互平行，第一导轨上安装有滑块；第二导轨安装在第一轨道的滑块上，各第二导轨相互平行且与第一导轨相互垂直，第二导轨上安装有滑块，第二导轨上的滑块固定在活动料斗框架上；第一千斤顶导轨安装在第一副框架的斜梁上，第一千斤顶导轨与第一导轨相互平行，第一千斤顶导轨上安装有滑块；第二千斤顶导轨安装在活动料斗容纳部下方的下框架上，第二千斤顶导轨与第二导轨相互平行，第二千斤顶导轨上安装有滑块；

第一油压千斤顶水平安装在第一千斤顶导轨上，第一油压千斤顶的底部固定在第一千斤顶导轨的滑块上，第一油压千斤顶的顶部固定在第一千斤顶连接横梁上；第二油压千斤顶垂直于水平面安装在第二千斤顶导轨上，第二油压千斤顶的底部固定在第二千斤顶导轨的滑块上，第二油压千斤顶的顶部固定在第二千斤顶连接横梁上。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，上框架上的斜梁与固定料斗的底板之间的夹角为30°～80°。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，两根第一导轨之间的距离为上框架的前、后两个侧面之间距离的1.5～2倍。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，第一导轨的长度大于等于上框架上的斜梁的长度，两根第二导轨之间的距离优选为上框架上的斜梁长度的0.6～0.8倍，其中一根第二导轨通过滑块固定在活动料斗框架的倾斜设置的一面的底部的横梁上。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，上框架的斜梁与活动料斗之间的缝隙优选用橡胶条封堵，以避免在向装载料斗中铺设围岩材料时围岩材料从上框架的斜梁与活动料斗框架的倾斜设置的梁之间的缝隙的漏出。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，第二千斤顶导轨的数量以及各第二千斤顶导轨上安装的第二油压千斤顶的数量根据上述物理模型箱的装载料斗的尺寸，特别是活动料斗的尺寸决定，以能够为活动料斗的纵向移动提供足够的动力为基本原则；第一千斤顶导轨优选为1～3根，各第一千斤顶导轨相互平行，各第一千斤顶导轨上均设有1个第一油压千斤顶；第二千斤顶导轨优选为1～3根，各第二千斤顶导轨相互平行，各第二千斤顶导轨上优选设有1～2个第二油压千斤顶。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，为了便于固定料斗的各个底板和侧板在上框架的固定料斗安装部上的安装和固定，以及活动料斗的各个底板和侧板在活动料斗框架上的安装和固定，支撑框架和活动料斗框架优选由角钢焊接而成；为了便于观察装载料斗中的围岩材料的情况同时保证装载料斗的强度，固定料斗和活动料斗的底板和各个侧板优选由钢化玻璃制作。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，固定料斗和活动料斗的矩形侧板上设置的衬砌模型放入口的形态根据衬砌模型的形态进行确定，固定料斗和活动料斗的矩形侧板上的衬砌模型放入口的设置位置根据衬砌模型的安装位置进行确定。例如，衬砌模型的可以为圆形开口，固定料斗和活动料斗的矩形侧板上的衬砌模型放入口设置在矩形侧板的同一位置，也就是固定料斗和活动料斗的矩形侧板上的衬砌模型放入口可以被同一个轴线平行于上框架横梁的圆柱穿过。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，为了使用该物理模型箱进行试验时更方便地获取围岩材料的装填厚度信息，优选的技术方案为：在固定料斗和活动料斗的侧板上设有刻度线。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，为了方便物理模型箱的移动，优选在下框架的底部设有万向轮。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，为了让活动料斗的移动更为方便和灵活，优先采用的技术方案为固定料斗的体积大于活动料斗的体积。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，为了实现活动料斗在主框架上的水平和纵向移动，活动料斗的整体尺寸应略小于上框架的活动料斗容纳部的尺寸。

上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的技术方案中，所述的第一千斤顶导轨、第二千斤顶导轨、第一导轨和第二导轨优选采用直线光轴导轨，与各个导轨配合的滑块优选采用开口型直线轴承。

由于本发明提供的模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱主要是为了在室内模拟跨断层隧道的破坏过程，因此物理模型箱整体的具体尺寸、固定料斗和活动料斗的体积的比例关系、上框架上的斜梁与固定料斗的底板之间的夹角α的大小、衬砌模型放入口的设置位置和尺寸等参数，可根据原结构以及物理模型箱与原结构之间的比例关系进行确定。

本发明还提供了一种跨断层隧道力学行为测试方法，该方法在使用上述物理模型箱的基础上进行测试，包括以下步骤：

①在物理模型箱的装载料斗的内壁上刷一层机油，根据试验需求调整物理模型箱的活动料斗的位置，在物理模型箱上安装位移计，向物理模型箱中铺设围岩材料，在铺设围岩材料期间在围岩材料中安装衬砌模型、应变片以及土压力盒；

②当围岩材料铺设至试验需要的高度后，静置至围岩材料达到试验所需强度；

③开启与应变片和土压力盒连接的监测仪器，根据试验需要开启油泵控制第一千斤顶或/和第二千斤顶为活动料斗的水平或/和纵向移动提供动力，采用与应变片和土压力盒连接的监测仪器实时监测活动料斗水平或/和纵向移动时的应力、应变数据，同时采用位移计实时测量活动料斗的水平和纵向移动距离；

④通过分析步骤③中采集的应力、应变和位移数据，获取走滑断层、正逆断层或者复合型错动条件下的隧道力学行为特征。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，步骤①在向物理模型箱中铺设围岩材料时，最好采用分层铺设的方式，铺设完一层压实后再铺设下一层，以保证铺设后围岩材料的密实度，为了保证活动料斗的移动不受装载料斗内铺设的围岩材料的影响，装载料斗内围岩材料的铺设厚度不应超过位于最上方的第二轨道的安装位置的高度。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，步骤①在铺设围岩材料之前在物理模型箱的装载料斗的内壁上刷一层机油的作用在于：一方面是为了减小物理模型箱的边界效应对模拟结果的影响，更真实还原工程实践现场条件，另一方面是为了方便试验完成后拆除装载料斗中的试验材料。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，为了实现对活动料斗的水平移动距离和纵向移动距离的监测和定量控制，步骤①中需要在物理模型箱上安装两个位移计，分别用于测量活动料斗在水平方向的移动距离和纵向移动距离，优选采用的位移计为数显位移百分表，并且与万向磁性表座配合使用，数显位移百分表固定在万向磁性表座上，万向磁性表座则固定在固定料斗和活动料斗的开放式侧面附近的上框架上。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，步骤①还可根据试验需求在隧道衬砌模型、围岩材料内埋设应变砖等监测元件。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，步骤①在铺设围岩材料前通常是调整活动料斗的位置使固定料斗与活动料斗的开放式侧面相互配合相通形成长方体槽状结构的装载料斗，若试验需要模拟正断层运动对跨断层隧道的影响，应先将活动料斗上升至预定研究高度后再铺设围岩材料。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，在结束试验后，应将装载料斗中的围岩材料、衬砌模型等试验材料从清除，按照建筑废材妥善处置并将装载料斗打扫干净以便下次试验使用。

上述跨断层隧道力学行为测试方法的技术方案中，跨断层隧道力学行为数据包括：物理模型的应力应变数据、围岩材料的应力应变数据等。

与现有技术相比，本发明产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供的模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱包括支撑框架、装载料斗、导轨、滑块和双向动力系统，由于设计了与活动料斗配合的双向动力系统、导轨和滑块，实现了活动料斗在水平方向和纵向的双向移动，该结构设计可以解决现有模拟跨断层隧道力学行为特征的物理模型箱只能模拟断层单一方向错动的问题，一方面实现了对复合型错动的模拟，能更真实地还原工程实际情况，提高对跨断层隧道力学行为特征的研究的准确性，另一方面，采用本发明提供的物理模型箱也可以实现走滑断层及正逆断层这两种错动条件，有利于提高模型箱使用效率和降低测试成本。

2.本发明在上述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱的基础之上还提供了一种跨断层隧道力学行为测试方法，该方法能够实现对走滑断层、正逆断层及复合型错动条件的跨断层隧道力学行为的测试。由于复合错动条件更加接近工程实际情况，因此复合错动条件下测得的跨断层隧道力学行为数据更加准确，可以提高对跨断层隧道力学行为特征的研究的准确性和对实际工程的指导性也更强。

附图说明

图1是本发明提供的物理模型箱的正视图；

图2是本发明提供的物理模型箱的后视图；

图3是本发明提供的物理模型箱的右视图；

图4是本发明提供的物理模型箱的支撑框架的结构示意图；

图5是本发明提供的物理模型的料斗框架的结构示意图；

图6是本发明提供的物理模型箱的活动料斗导轨在主框架的斜梁和第二副框架上的安装示意图；

图中，1—支撑框架、1-1—主框架、1-1-1—固定料斗安装部、1-1-2—活动料斗容纳部、1-2—第一副框架、1-3—第二副框架、2—斜梁、3—固定料斗、4—活动料斗、4-1—活动料斗框架、4-1-1—第二千斤顶连接横梁、4-1-2—第一千斤顶连接横梁、5—衬砌模型放入口、6—第一油压千斤顶、7—第二油压千斤顶、8—油泵、9—输油管、10—配电控制箱、11—第一千斤顶导轨、12—第二千斤顶导轨、13—第一导轨、14—第二导轨、15—滑块、16—橡胶条、17—万向轮、α—上框架上的斜梁与固定料斗的底板之间的夹角。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明提供的模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱及跨断层隧道力学行为测试方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。

下述各实施例中，第一千斤顶导轨、第二千斤顶导轨、第一导轨和第二导轨采用型号为SBR30UU的直线光轴导轨，与各个导轨配合的滑块采用型号为LM30UU-OP的开口型直线轴承。支撑框架和活动料斗框架由热轧不等边角钢(角钢号数：5/3.2)焊接而成，固定料斗和活动料斗的底板和各个侧板由厚度为的15mm钢化玻璃制作。

实施例1

本实施例中，提供模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其结构如图1～5所示，该物理模型箱包括支撑框架1、装载料斗、导轨、滑块和双向动力系统。

如图4所示，所述支撑框架1包括主框架1-1、第一副框架1-2和第二副框架1-3。主框架1-1由上框架和用于支撑上框架的下框架组成，上框架和下框架均为内腔中空的长方体框架，上框架和下框架固定于一体组成呈长方体框架的主框架，下框架的底部设有四个万向轮17。上框架的前、后两个侧面上各设有一根斜梁2，各斜梁的两端分别与上框架的上、下两根横梁连接，两根斜梁相互平行且位于上框架的前侧面和后侧面的同一位置，两根斜梁将上框架1-1分为固定料斗安装部1-1-1和活动料斗容纳部1-1-2。上框架1-1的前、后侧面顶部的横梁上设有供活动料斗水平移动时通过的缺口，上框架上的斜梁的上端至上框架的右侧面之间的一段均不设横梁，形成前述缺口。第一副框架1-2固定于上框架的前侧面上，且第一副框架位于上框架的活动料斗容纳部1-1-2的一侧，第二副框架位于上框架的后侧面上，第一副框架1-2为内腔中空的长方体框架，第一副框架1-2上设有与上框架上的斜梁相互平行的斜梁2，第二副框架1-3为矩形的平面框架，第二副框架与上框架上的两根斜梁在同一平面上。

如图1～2所示，所述装载料斗包括固定料斗3和活动料斗4；固定料斗与活动料斗均具有一个倾斜设置的开放式侧面且两个开放式侧面的倾斜角度相等，固定料斗与活动料斗的开放式侧面相互配合相通形成长方体槽状结构的装载料斗。固定料斗3的体积大于活动料斗4的体积。固定料斗3由一个矩形底板、一个矩形侧板和两个直角梯形侧板安装在上框架的固定料斗安装部的上框架架体上形成，固定料斗的顶部和处于主框架的两根斜梁之间的侧面为开放式结构；上框架上的斜梁与固定料斗的底板之间的夹角α为75°。活动料斗4由活动料斗框架4-1以及安装在活动料斗框架架体上的一个矩形底板、两个直角梯形侧板和一个矩形侧板组成，活动料斗框架为内腔中空的底面呈直角梯形的直四棱柱框架(如图5所示)，活动料斗框架水平设置，活动料斗的两个直角梯形侧板与上框架的前、后两个侧面平行，直角梯形侧板的斜腰与上框架的斜梁相互平行，活动料斗的顶部和处于两直角梯形侧板的斜腰之间的侧面为开放式结构；活动料斗框架4-1安装矩形底板的一面上设有第二千斤顶连接横梁4-1-1，活动料斗安装直角梯形侧板且靠近第一副框架的一面上设有第一千斤顶连接横梁4-1-2。上框架的斜梁2与活动料斗4之间的缝隙由橡胶条16封堵。固定料斗和活动料斗的矩形侧板的同一高度位置上设有衬砌模型放入口5，衬砌模型放入口为直径为30cm的圆形开口，距离装载料斗底板的距离为30cm，两个圆形开口的圆形的连线与上框架的前侧面上的横梁相互平行。

所述双向动力系统包括为活动料斗的水平移动提供动力的第一油压千斤顶6、为活动料斗的纵向移动提供动力的第二油压千斤顶7、以及与第一油压千斤顶和第二油压千斤顶配合使用的油泵8、输油管9和配电控制箱10，油泵通过输油管与第一千斤顶和第二千斤顶连接，输油管上设有阀门，油泵与配电控制箱连接。

如图3、6所示，所述导轨包括活动料斗导轨、第一千斤顶导轨11和第二千斤顶导轨12。活动料斗导轨包括一对第一导轨13和一对第二导轨14，两根第一导轨13分别安装在上框架靠近第一副框架处的斜梁2上和第二副框架1-3上，第一导轨13与斜梁2相互平行，两根第一导轨之间的距离为上框架的前、后两个侧面之间距离的2倍，第一导轨13上安装有滑块15。第二导轨14安装在第一轨道的滑块上，各第二导轨14相互平行且与第一导轨13相互垂直，第二导轨14上安装有滑块15，两根第二导轨之间的距离为上框架上的斜梁长度的0.7倍，第一导轨的长度等于上框架上的斜梁的长度，其中一根第二导轨14通过滑块15固定在活动料斗框架的倾斜设置的一面的底部的横梁上，另一根第二导轨14通过滑块15固定在活动料斗框架的倾斜设置的一面的两根倾斜设置的梁上。第一千斤顶导轨11为一根，安装在第一副框架1-2的斜梁上，第一千斤顶导轨11与第一导轨13相互平行，第一千斤顶导轨11上安装有滑块15；第二千斤顶导轨12安装在活动料斗容纳部1-1-4下方的下框架上，第二千斤顶导轨为两根，第二千斤顶导轨12与第二导轨14相互平行，第二千斤顶导轨12上安装有滑块15。

第一油压千斤顶6为一个，水平安装在第一千斤顶导轨11上，第一油压千斤顶的底部固定在第一千斤顶导轨的滑块上，第一油压千斤顶的顶部固定在第一千斤顶连接横梁4-1-2上。第二油压千斤顶7为两个，两个第二油压千斤顶垂直于水平面分别安装在两根第二千斤顶导轨12上，第二油压千斤顶的底部固定在第二千斤顶导轨的滑块上，第二油压千斤顶的顶部固定在第二千斤顶连接横梁4-1-1上。

实施例2

本实施例在实施例1提供的物理模型箱的基础上进行跨断层隧道力学行为测试，本实施例具体测试复合型错动条件下的隧道力学行为，步骤如下：

①在物理模型箱的装载料斗的内壁上刷一层机油，调整活动料斗的位置使固定料斗与活动料斗的开放式侧面相互配合相通形成长方体槽状结构的装载料斗，在物理模型箱上安装两个位移计，分别用于测量活动料斗在水平方向的移动距离和纵向移动距离，具体采用的位移计为数显位移百分表，与万向磁性表座配合使用，数显位移百分表固定在万向磁性表座上，万向磁性表座则固定在固定料斗和活动料斗连接断面(开放式侧面)附近的上框架上；用分层铺设的方式向物理模型箱中铺设围岩材料，每铺设完一层压实后再铺设下一层，以保证铺设后围岩材料的密实度，为了保证活动料斗的移动不受装载料斗内铺设的围岩材料的影响，装载料斗内围岩材料的铺设厚度不应超过位于最上方的第二轨道的安装位置的高度，在铺设围岩材料期间在围岩材料中安装衬砌模型、应变片以及土压力盒。

②当围岩材料铺设至试验需要的高度后，静置至围岩材料达到试验所需强度。

③开启与应变片和土压力盒连接的监测仪器，根据试验需要开启油泵控制第一千斤顶和第二千斤顶为活动料斗的水平和纵向移动提供动力，使得活动料斗在向上移动的同时向上框架的后侧面方向水平移动，采用与应变片和土压力盒连接的监测仪器实时监测活动料斗水平或/和纵向移动时的应力、应变数据，同时采用位移计实时测量活动料斗的水平和纵向移动距离。

④通过分析步骤③中采集的应力、应变和位移数据，获取复合型错动条件下的隧道力学行为特征。

⑤结束试验后，将装载料斗中的围岩材料、衬砌模型等试验材料从清除，按照建筑废材妥善处置并将装载料斗打扫干净以便下次试验使用。

Claims (10)

1.一种模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，包括支撑框架(1)、装载料斗，其特征在于，还包括导轨、滑块和双向动力系统，

所述支撑框架包括主框架(1-1)、第一副框架(1-2)和第二副框架(1-3)；主框架(1-1)由上框架和用于支撑上框架的下框架组成，上框架为内腔中空的长方体框架，上框架的前、后两个侧面上各设有一根斜梁(2)，各斜梁的两端分别与上框架的上、下两根横梁连接，两根斜梁相互平行并将上框架(1-1)分为固定料斗安装部(1-1-1)和活动料斗容纳部(1-1-2)；上框架(1-1)的前、后侧面顶部的横梁上设有供活动料斗水平移动时通过的缺口；第一副框架(1-2)和第二副框架(1-3)分别固定于上框架的前、后两个侧面上，第一副框架(1-2)上设有与上框架上的斜梁相互平行的斜梁(2)，第二副框架(1-3)为平面框架，第二副框架与上框架上的两根斜梁在同一平面上；

所述装载料斗包括固定料斗(3)和活动料斗(4)；固定料斗(3)与活动料斗(4)均具有一个倾斜设置的开放式侧面且两个开放式侧面的倾斜角度相等，固定料斗与活动料斗的开放式侧面相互配合相通形成长方体槽状结构的装载料斗；固定料斗(3)由一个矩形底板、一个矩形侧板和两个直角梯形侧板安装在上框架的固定料斗安装部形成；活动料斗(4)由活动料斗框架(4-1)以及安装在活动料斗框架上的一个矩形底板、两个直角梯形侧板和一个矩形侧板组成，活动料斗框架为内腔中空的底面呈直角梯形的直四棱柱框架，活动料斗框架(4-1)安装矩形底板的一面上设有第二千斤顶连接横梁(4-1-1)，活动料斗安装直角梯形侧板且靠近第一副框架的一面上设有第一千斤顶连接横梁(4-1-2)；固定料斗和活动料斗的矩形侧板上设有衬砌模型放入口(5)；

所述双向动力系统包括为活动料斗的水平移动和纵向移动提供动力的第一油压千斤顶(6)和第二油压千斤顶(7)、油泵(8)、输油管(9)和配电控制箱(10)；

所述导轨包括活动料斗导轨、第一千斤顶导轨(11)和第二千斤顶导轨(12)；活动料斗导轨包括一对第一导轨(13)和一对第二导轨(14)，各第一导轨(13)分别安装在上框架靠近第一副框架处的斜梁(2)上和第二副框架(1-3)上，第一导轨(13)与斜梁(2)相互平行，第一导轨(13)上安装有滑块(15)；第二导轨(14)安装在第一轨道的滑块上，各第二导轨(14)相互平行且与第一导轨(13)相互垂直，第二导轨(14)上安装有滑块(15)，第二导轨上的滑块固定在活动料斗框架(4-1)上；第一千斤顶导轨(11)安装在第一副框架(1-2)的斜梁上，第一千斤顶导轨(11)与第一导轨(13)相互平行，第一千斤顶导轨(11)上安装有滑块(15)；第二千斤顶导轨(12)安装在活动料斗容纳部(1-1-2)下方的下框架上，第二千斤顶导轨(12)与第二导轨(14)相互平行，第二千斤顶导轨(12)上安装有滑块(15)；

第一油压千斤顶(6)水平安装在第一千斤顶导轨(11)上，第一油压千斤顶的底部固定在第一千斤顶导轨的滑块上，第一油压千斤顶的顶部固定在第一千斤顶连接横梁(4-1-2)上；第二油压千斤顶(7)垂直于水平面安装在第二千斤顶导轨(12)上，第二油压千斤顶的底部固定在第二千斤顶导轨的滑块上，第二油压千斤顶的顶部固定在第二千斤顶连接横梁(4-1-1)上。

2.根据权利要求1所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，上框架上的斜梁与固定料斗的底板之间的夹角(α)为30°～80°。

3.根据权利要求1所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，两根第一导轨之间的距离为上框架的前、后两个侧面之间距离的1.5～2倍。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，第一导轨的长度大于等于上框架上的斜梁的长度，两根第二导轨之间的距离为上框架上的斜梁长度的0.6～0.8倍，其中一根第二导轨(14)通过滑块(15)固定在活动料斗框架的倾斜设置的一面的底部的横梁上。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，上框架的斜梁(2)与活动料斗(4)之间的缝隙由橡胶条(16)封堵。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，第一千斤顶导轨(11)为1～3根，各第一千斤顶导轨(11)相互平行，各第一千斤顶导轨上均设有1个第一油压千斤顶(6)；第二千斤顶导轨(12)为1～3根，各第二千斤顶导轨(12)相互平行，各第二千斤顶导轨(12)上设有1～2个第二油压千斤顶(7)。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，支撑框架(1)和活动料斗框架(4-1)由角钢焊接而成，固定料斗(3)和活动料斗(4)的底板和各个侧板由钢化玻璃制作。

8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，下框架的底部设有万向轮(17)。

9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述模拟跨断层隧道的双向滑移式物理模型箱，其特征在于，固定料斗(3)的体积大于活动料斗(4)的体积。

10.一种跨断层隧道力学行为测试方法，其特征在于该方法在使用权利要求1至9之一所述物理模型箱的基础上进行测试，包括以下步骤：

①在物理模型箱的装载料斗的内壁上刷一层机油，根据试验需求调整物理模型箱的活动料斗的位置，在物理模型箱上安装位移计，向物理模型箱中铺设围岩材料，在铺设围岩材料期间在围岩材料中安装衬砌模型、应变片以及土压力盒；

②当围岩材料铺设至试验需要的高度后，静置至围岩材料达到试验所需强度；

③开启与应变片和土压力盒连接的监测仪器，根据试验需要开启油泵控制第一千斤顶或/和第二千斤顶为活动料斗的水平或/和纵向移动提供动力，采用与应变片和土压力盒连接的监测仪器实时监测活动料斗水平或/和纵向移动时的应力、应变数据，同时采用位移计实时测量活动料斗的水平和纵向移动距离；

④通过分析步骤③中采集的应力、应变和位移数据，获取走滑断层、正逆断层或者复合型错动条件下的隧道力学行为特征。