CN114018516B - 一种模拟活动断层黏滑的试验装置 - Google Patents

一种模拟活动断层黏滑的试验装置 Download PDF

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Abstract

一种模拟活动断层黏滑的试验装置，由左、右箱体拼接组成，其中，左箱体内上部楔形框和上部位错装置焊接而成；右箱体下部楔形框和下部位错装置焊接而成。上部位错装置为：方形钢板底面上有两行倒置等腰梯形板，该板上滚珠槽内设有滚珠，下部位错装置为；矩形钢板左部上对应有两行等腰梯形板，该板上滚珠槽内设有滚珠；左、右箱体之间嵌设有用于阻止左箱体沿右箱体相互之间滚珠槽斜面下滑的两个垫板。试验时，箱体内盛装模型土，抽取拔出垫板，左箱体沿右箱体滚珠槽斜面下滑至右箱体底面停止。本装置具有结构简单，操作简便，在提供一个瞬时位移荷载情况下，研究黏滑运动下地下结构的响应特性。

Description

一种模拟活动断层黏滑的试验装置
技术领域
本发明属于隧道工程试验装置技术领域，具体涉及一种模拟活动断层黏滑的试验装置。
背景技术
山区隧道线路的选择受各因素影响，隧道的建设不可避免的会穿越或者近距离平行于活动断层，而活动断层的黏滑运动容易造成隧道衬砌产生裂损、错台、开裂、仰拱隆起等；由于活动断层的黏滑运动具有突发性和不可预测性，不能进行现场试验，因此十分有必要开展室内试验，模拟活动断层的黏滑运动。
中国专利文献公开了“一种测试隧道正断层黏滑错动的试验箱装置”(CN201720049666.5)：模拟试验箱包括并排水平放置且接触面平滑吻合的模拟断层上盘试验箱和模拟断层下盘试验箱，该两个试验箱内填满土且埋设有贯穿两个试验箱的隧道结构，该两个试验箱底部分别均布有千斤顶，该两个试验箱之间平滑吻合的接触面为发生错动的断层；错动量计量装置由激光测距传感器和刻度线组成。本新型能够方便、有效地针对地震区域断层带抗震减震进行研究。该试验装置存在断层模拟结构较为复杂的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，现场使用方便的模拟活动断层黏滑的试验装置。
本发明的目的是这样实现的：一种模拟活动断层黏滑的试验装置，上部楔形框由左侧立板连接在呈倒置直角梯形的前、后侧立板之间组成；上部位错装置结构为：方形钢板底面前边缘等间距设置有n个倒置等腰梯形板，8＞n＞4，方形钢板底面后边缘对称地设置有n个倒置等腰梯形板，上述每个倒置等腰梯形板右腰对应侧面上设置有滚珠槽，2个以上的滚珠活动地穿套在销轴上，销轴沿平行于倒置等腰梯形板厚度方向固定在滚珠槽上；上部位错装置的方形钢板作为底板焊接在上部楔形框的底部而构成顶部开口和右侧开口的左箱体；下部楔形框由右侧立板连接在呈直角梯形的前、后侧立板之间组成；
下部位错装置结构为：与下部楔形框投影相同的矩形钢板右部上焊接有高度为H的前、后侧立板和右侧立板，矩形钢板左端上有用于嵌设限位装置的左侧立板，矩形钢板的左部上面前边缘等间距地设置有n个等腰梯形板，矩形钢板的左部上面后边缘对称地设置有n个等腰梯形板，上述每个等腰梯形板的左腰对应侧面上设置有滚珠槽，2个以上的滚珠活动地穿套在销轴上，该销轴沿平行于等腰梯形板厚度方向固定在滚珠槽上；下部位错装置的矩形钢板上的高度为H的前、后侧立板和右侧立板分别焊接在下部楔形框的前、后侧立板和右侧立板底部而构成顶部开口、左侧开口的右箱体；上述上部位错装置中的倒置等腰梯形板与下部位错装置的等腰梯形板为形状大小相同、厚度相同的板件，且二者的高度均等于或小于H的1/2；上部楔形框的左侧立板与下部楔形框的右侧立板的大小形状相同，上述上部楔形框的前、后侧立板分别与下部楔形框的前、后侧立板组成180°中心对称的图形；还具有用于阻止左箱体沿右箱体相互之间滚珠槽斜面下滑的限位装置：两个形状为𠃍形的垫板或两个平垫板垫塞在左箱体方形钢板与右箱体的矩形钢板之间，且分别位于左箱体左部前、后端。
所述方形钢板在左箱体左面有一个用于衬垫限位装置的延伸段。
所述矩形钢板上的左侧立板的高度为1/2H；所述限位装置的𠃍形的垫板或平垫板的厚度为1/2H；所述n＝5；所述滚珠槽内设有5个滚珠。
所述上部楔形框的前侧立板的倒置直角梯形中腰和下底之间夹角为45°。
本发明的有益效果：
活动黏滑运动具有突发性和不可预测性，这一特性使得现场试验成为了不可能，本发明提供了一种模型试验装置，能够很好的模拟断层黏滑运动的特性；该装置能够反映断层黏滑运动的突发性位错，可以满足对断层黏滑作用下隧道和围岩的力学性能研究，以弥补现场试验的缺失。本发明可通过调整上部楔形框和上部错位装置以及下部楔形框和下部错位装置的尺寸实现模拟不同黏滑错动量；本发明可提供一个瞬时位移荷载，以研究黏滑运动下地下结构的响应特性；本发明通过限位装置实现位移的施加，实施简单，性能可靠。
附图说明
图1为装置整体示意图。
图1a为图1中A部放大图。
图2为上部位错装置示意图。
图3为下部位错装置示意图。
图3a为图3中A部放大图。
图4为模拟活动断层发生黏滑前示意图。
图5为模拟活动断层发生黏滑后示意图。
图中：1上部楔形箱、2下部楔形箱、3上部位错装置、4下部位错装置、5滚珠、6插销、7限位装置、8滚珠槽、9方形钢板、11矩形钢板。
具体实施方式
以下结合附图对试验装置进行具体说明。
图1示出本模拟活动断层黏滑的试验装置，包括上部楔形箱1、下部楔形箱2、上部位错装置3、下部位错装置4、滚珠5、插销6、限位装置7；
一种模拟活动断层黏滑的试验装置，上部楔形框1由左侧立板连接在呈倒置直角梯形的前、后侧立板之间组成；上部位错装置3结构为：方形钢板9底面前边缘等间距设置有n个倒置等腰梯形板，8＞n＞4，方形钢板9底面后边缘对称地设置有n个倒置等腰梯形板，上述每个倒置等腰梯形板右腰对应侧面上设置有滚珠槽8，2个以上的滚珠活动地穿套在销轴6上，销轴6沿平行于倒置等腰梯形板厚度方向固定在滚珠槽8上；上部位错装置3的方形钢板9作为底板焊接在上部楔形框1的底部而构成顶部开口和右侧开口的左箱体；
下部楔形框2由右侧立板连接在呈直角梯形的前、后侧立板之间组成；
下部位错装置4结构为：与下部楔形框2投影相同的矩形钢板11右部上焊接有高度为H的前、后侧立板和右侧立板，矩形钢板11左端上有用于嵌设限位装置7的左侧立板，矩形钢板11的左部上面前边缘等间距地设置有n个等腰梯形板，矩形钢板11的左部上面后边缘对称地设置有n个等腰梯形板，上述每个等腰梯形板的左腰对应侧面上设置有滚珠槽，2个以上的滚珠活动地穿套在销轴上，该销轴沿平行于等腰梯形板厚度方向固定在滚珠槽8上；下部位错装置4的矩形钢板上的高度为H的前、后侧立板和右侧立板分别焊接在下部楔形框2的前、后侧立板和右侧立板底部而构成顶部开口、左侧开口的右箱体；上述上部位错装置中的倒置等腰梯形板与下部位错装置的等腰梯形板为形状大小相同、厚度相同的板件，且二者的高度均等于或小于H的1/2；上部楔形框的左侧立板与下部楔形框的右侧立板的大小形状相同，上述上部楔形框的前、后侧立板分别与下部楔形框的前、后侧立板组成180°中心对称的图形；还具有用于阻止左箱体沿右箱体相互之间滚珠槽斜面下滑的限位装置7：形状为𠃍形的两个垫板或两个平垫板垫塞在左箱体方形钢板与右箱体的矩形钢板之间，且分别位于左箱体左部前、后端(参见图2、图3)。
方形钢板9在左箱体左面有一个用于衬垫限位装置的延伸段(参见图1)。
矩形钢板11上的左侧立板的高度为1/2H；所述限位装置的垫板和平垫板的厚度为1/2H；所述n＝5；所述滚珠槽8内设有5个滚珠。
上部楔形框1的前侧立板的倒置直角梯形中腰和下底之间夹角为45°。该夹角可为45°～60°。
滚珠5通过销轴6可转动地设置在下部位错装置4中，上部位错装置3与上部楔形框1焊接组成左箱体，下部位错装置4与下部楔形框2焊接组成右箱体。
图2、图3中，上、下部位错装置的倒置等腰梯形，等腰梯形的两个滑动面都是滚珠槽内嵌设有滚珠的滚珠滑动斜面。可选择地，两个滑动接触面中，其中一个为滚珠滑动斜面，另一个为没有滚珠的滑动斜面。
具体实现过程，步骤如下：
(1)首先按照图1所示空间位置关系安置好各部件。
(2)在左箱体(或称上部楔形箱)和右箱体(或称下部楔形箱)所组成的箱体空间内填充模型土，以及待研究的地下结构模型。
(3)准备完毕，活动断层发生黏滑运动前装置如图4所示。
(4)拔出限位装置，上部楔形箱在重力作用下沿滚珠槽斜面向下运动。
(5)活动断层黏滑运动结束，装置如图5所示。
参见图1，在限位装置的垫板垫起状况下，左箱体的5个滚珠槽斜面的底端分别与右箱体的5个滚珠槽斜面顶端接触(参见图4)，为抽出垫板(前、后共两块)后，左箱体的滚珠槽斜面沿右箱体的滚珠槽斜面以滚动接触方式下滑，最后至左箱体的5个滚珠槽斜面与右箱体的5个滚珠槽斜面完全吻合后停止下滑(参见图5)，此时，左箱体的倒置等腰梯形板与右箱体的等腰梯形板形成相互贴合状态。从而完成一个测试过程。

Claims (4)

1.一种模拟活动断层黏滑的试验装置，其特征在于，上部楔形框(1)由左侧立板连接在呈倒置直角梯形的前、后侧立板之间组成；上部位错装置(3)结构为：方形钢板(9)底面前边缘等间距设置有n个倒置等腰梯形板，8＞n＞4，方形钢板(9)底面后边缘对称地设置有n个倒置等腰梯形板，上述每个倒置等腰梯形板右腰对应侧面上设置有滚珠槽(8)，2个以上的滚珠活动地穿套在销轴(6)上，销轴(6)沿平行于倒置等腰梯形板厚度方向固定在滚珠槽(8)上；上部位错装置(3)的方形钢板(9)作为底板焊接在上部楔形框(1)的底部而构成顶部开口和右侧开口的左箱体；
下部楔形框(2)由右侧立板连接在呈直角梯形的前、后侧立板之间组成；
下部位错装置(4)结构为：与下部楔形框(2)投影相同的矩形钢板(11)右部上焊接有高度为H的前、后侧立板和右侧立板，矩形钢板(11)左端上有用于嵌设限位装置(7)的左侧立板，矩形钢板(11)的左部上面前边缘等间距地设置有n个等腰梯形板，矩形钢板(11)的左部上面后边缘对称地设置有n个等腰梯形板，上述每个等腰梯形板的左腰对应侧面上设置有滚珠槽，2个以上的滚珠活动地穿套在销轴上，该销轴沿平行于等腰梯形板厚度方向固定在滚珠槽(8)上；下部位错装置(4)的矩形钢板上的高度为H的前、后侧立板和右侧立板分别焊接在下部楔形框(2)的前、后侧立板和右侧立板底部而构成顶部开口、左侧开口的右箱体；上述上部位错装置中的倒置等腰梯形板与下部位错装置的等腰梯形板为形状大小相同、厚度相同的板件，且二者的高度均等于或小于H的1/2；上部楔形框的左侧立板与下部楔形框的右侧立板的大小形状相同，上述上部楔形框的前、后侧立板分别与下部楔形框的前、后侧立板组成180°中心对称的图形；还具有用于阻止左箱体沿右箱体相互之间滚珠槽斜面下滑的限位装置(7)：两个形状为𠃍形的垫板或两个平垫板垫塞在左箱体方形钢板与右箱体的矩形钢板之间，且分别位于左箱体左部前、后端。
2.根据权利要求1所述的一种模拟活动断层黏滑的试验装置，其特征在于，所述方形钢板(9)在左箱体左面有一个用于衬垫限位装置的延伸段。
3.根据权利要求1所述的一种模拟活动断层黏滑的试验装置，其特征在于，所述矩形钢板(11)上的左侧立板的高度为1/2H；所述限位装置的𠃍形的垫板或平垫板的厚度为1/2H；所述n＝5；所述滚珠槽(8)内设有5个滚珠。
4.根据权利要求1所述的一种模拟活动断层黏滑的试验装置，其特征在于，所述上部楔形框(1)的前侧立板的倒置直角梯形中腰和下底之间夹角为45°。
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