一種可施加三軸應(yīng)力的穿越活動斷裂帶隧道錯動破壞的模型試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖體力學(xué)模型試驗裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種可施加三軸應(yīng)力的穿越活動斷裂帶隧道錯動破壞的模型試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在交通、水利等領(lǐng)域需要建設(shè)大量隧道(洞)等工程。我國屬于地震多發(fā)國家，活動斷層帶廣泛分布，近年來在西部建設(shè)諸多交通隧道、水工隧洞不可避免地穿越了活動斷裂帶?；顒訑嗔褞У慕唤用嬗腥鋭雍湾e動兩種運(yùn)動形式:蠕動位移量一般較小，對工程結(jié)構(gòu)物一般不會造成直接和即時的破壞，但是較大蠕動位移量也會對工程設(shè)施造成一定的影響，工程上可以通過預(yù)留變形的方式考慮；錯動往往能夠引發(fā)地震，不僅產(chǎn)生永久性地面位移而且還能夠產(chǎn)生劇烈的地震動，這種作用影響很大，一般會使交接面附近的工程結(jié)構(gòu)和設(shè)施產(chǎn)生不可修復(fù)性破壞。因此，研究斷裂帶錯動作用下穿越斷層隧道(洞)的響應(yīng)機(jī)理，研究隧道結(jié)構(gòu)的損傷失效模式，以及研究斷裂帶錯動方式、錯動速率、錯動距離、隧道洞徑大小等相關(guān)因素的影響效果，具有重要的實用價值和廣泛的工程應(yīng)用前景，對推進(jìn)非連續(xù)巖體力學(xué)的研究具有重大的科學(xué)意義。
[0003]模型試驗形象直觀，可定性或定量地反映與地下工程有關(guān)的天然巖體受力特性，和與其相聯(lián)系地下工程結(jié)構(gòu)的相互影響，可與數(shù)學(xué)模型相互驗證；尤其重要的是物理模擬可以比較全面地、真實地模擬復(fù)雜地下工程結(jié)構(gòu)、復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造、復(fù)雜地下巖層組合關(guān)系。因此模型試驗被廣泛應(yīng)用于隧道(洞)的施工和研究中。
[0004]目前，國內(nèi)外關(guān)于活動斷裂帶錯動模式的模型試驗開展了大量工作，但模型試驗設(shè)備和方法存在如下問題:
[0005]I)模型試驗中往往通過簡單的剪切設(shè)備完成，應(yīng)力的施加為單軸或雙軸，缺少考慮三軸應(yīng)力條件下的隧道錯動破壞機(jī)理研究；
[0006]2)模型試驗試樣中模擬軟弱帶的剪切層厚度較小，由于應(yīng)力集中等因素，無法真實模擬出軟弱地質(zhì)體與斷裂帶上、下盤的交接面處錯動的真實情況。
[0007]3)模型試驗設(shè)備在應(yīng)力施加后，無法對模型試樣進(jìn)行隧洞開挖。
[0008]由于缺少能合理模擬的活動斷裂帶中隧道錯動破壞的模型試驗設(shè)備，此類問題的研究主要通過數(shù)值模擬進(jìn)行，這對于穿越活動斷裂帶的隧道支護(hù)施工是不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就是要解決上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種可施加三軸應(yīng)力的穿越活動斷裂帶隧道錯動破壞的模型試驗裝置，以對試件進(jìn)行三軸加載，模擬隧道與活動斷裂帶，以實現(xiàn)對活動斷裂帶上、下盤與斷裂帶內(nèi)軟弱地質(zhì)體之間相對錯動的模擬。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種活動斷裂帶中隧道錯動破壞模型試驗裝置，包括底座，所述底座上部沿縱向依次并列設(shè)置有呈矩形并用于裝載試樣的第一試驗腔室、第二試驗腔室和第三試驗腔室，所述第一試驗腔室縱向后側(cè)壁、橫向左側(cè)壁與豎向上側(cè)壁分別對應(yīng)與第一縱向加載裝置、第一橫向加載裝置和第一豎向加載裝置的輸出端連接，所述第二試驗腔室橫向左側(cè)壁與豎向上側(cè)壁分別對應(yīng)與第二橫向加載裝置和第二豎向加載裝置的輸出端連接，所述第三試驗腔室縱向前側(cè)壁、橫向左側(cè)壁和豎向上側(cè)壁分別對應(yīng)與第二縱向加載裝置、第三橫向加載裝置和第四豎向加載裝置的輸出端連接；所述底座上部沿縱向依次設(shè)置有將所述第一試驗腔室、第二試驗腔室和第三試驗腔室包覆在內(nèi)并縱向貫通的第一框架、第二框架和第三框架，所述第一框架和第三框架底部分別對應(yīng)通過沿橫向設(shè)置的第一滑軌、第二滑軌與所述底座滑動連接，所述底座兩側(cè)對應(yīng)設(shè)置有分別驅(qū)動第一框架和第三框架沿橫向移動的第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置；所述第二框架底部固定設(shè)置在所述底座上。
[0011]上述方案中:
[0012]所述底座上部沿縱向依次設(shè)置有位于第一試驗腔室外側(cè)的第一承力板和位于第三試驗腔室外側(cè)的第二承力板，所述第一縱向加載裝置和第二縱向加載裝置均包括若干個縱向千斤頂，所述縱向千斤頂?shù)墓潭ㄗ鶎?yīng)固定設(shè)置在所述第一承力板和第二承力板的內(nèi)側(cè)面，所述縱向千斤頂?shù)妮敵龆藢?yīng)與第一試驗腔室縱向后側(cè)壁和第三試驗腔室縱向前側(cè)壁之間設(shè)置有第一鋼珠板和第一固定板，所述第一鋼珠板固定連接在所述縱向千斤頂?shù)妮敵龆?，所述第一固定板對?yīng)固定設(shè)置在所述第一試驗腔室縱向后側(cè)壁和第三試驗腔室縱向前側(cè)壁外側(cè)。
[0013]所述第一橫向加載裝置、第二橫向加載裝置和第三橫向加載裝置均包括若干個橫向千斤頂，所述橫向千斤頂?shù)墓潭ㄗ鶎?yīng)固定設(shè)置在所述第一框架、第二框架和第三框架的橫向左側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述橫向千斤頂?shù)妮敵龆藢?yīng)與第一試驗腔室和第三試驗腔室橫向左側(cè)壁之間設(shè)置有第二鋼珠板和第二固定板，所述第二鋼珠板固定連接在所述橫向千斤頂?shù)妮敵龆?，所述第二固定板對?yīng)固定設(shè)置在所述第一試驗腔室和第三試驗腔室橫向左側(cè)壁外側(cè)；所述橫向千斤頂?shù)妮敵龆藢?yīng)與第二試驗腔室的橫向左側(cè)壁之間設(shè)置有高壓氣囊
[0014]所述第一豎向加載裝置、第二豎向加載裝置和第三豎向加載裝置均包括若干個豎向千斤頂，所述豎向千斤頂?shù)墓潭ㄗ鶎?yīng)固定設(shè)置在所述第一框架、第二框架和第三框架的豎向上側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述豎向千斤頂?shù)妮敵龆藢?yīng)與第一試驗腔室和第三試驗腔室豎向上側(cè)壁之間設(shè)置有第三鋼珠板和第三固定板，所述第三鋼珠板固定連接在所述豎向千斤頂?shù)妮敵龆?，所述第三固定板對?yīng)固定設(shè)置在所述第一試驗腔室和第三試驗腔室豎向上側(cè)壁外側(cè)；所述豎向千斤頂?shù)妮敵龆藢?yīng)與第二試驗腔室上側(cè)壁外側(cè)之間設(shè)置有高壓氣囊。
[0015]所述第一框架和第三框架的橫向右側(cè)壁對應(yīng)與所述第一試驗腔室和第三試驗腔室的橫向右側(cè)壁之間設(shè)置有第四鋼珠板和第四固定板，所述第四鋼珠板對應(yīng)固定設(shè)置在所述第一框架和第三框架的橫向右側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述第四固定板對應(yīng)固定設(shè)在所述第一試驗腔室和第三試驗腔室的橫向右側(cè)壁外側(cè)；所述第二框架的橫向右側(cè)壁與所述第二試驗腔室之間設(shè)置有高壓氣囊。
[0016]所述第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置均包括承力粧和驅(qū)動千斤頂，所述承力粧固定設(shè)置在所述底座橫向兩側(cè)，所述驅(qū)動千斤頂?shù)墓潭ㄗ潭ㄔO(shè)置在所述承力粧內(nèi)側(cè)部，所述驅(qū)動千斤頂輸出軸沿橫向設(shè)置，所述驅(qū)動千斤頂輸出端對應(yīng)與所述第一框架和第三框架橫向側(cè)壁連接。
[0017]本發(fā)明在試驗時，將試樣分別放置在第一試驗腔室、第二試驗腔室和第三試驗腔室內(nèi)，通過第一橫向加載裝置、第一縱向加載裝置和第一豎向加載裝置對第一試驗腔室內(nèi)的試樣進(jìn)行三軸加載，通過第二縱向加載裝置、第三橫向加載裝置和第三豎向加載裝置對第三試驗腔室內(nèi)的試驗進(jìn)行三軸加載，通過第一縱向加載裝置和第二縱向加載裝置輸出力以及第二橫向加載裝置、第二豎向加載裝置對第二試驗腔室內(nèi)的試驗進(jìn)行三軸加載；而通過第一驅(qū)動裝置實現(xiàn)第一試驗腔室向橫向一側(cè)移動，通過第二驅(qū)動裝置實現(xiàn)第三試驗腔室向橫向另一側(cè)移動，第一試驗腔室和第三試驗腔室向相反方向移動，以實現(xiàn)對活動斷裂帶上、下盤與斷裂帶內(nèi)軟弱地質(zhì)體之間相對錯動的模擬，以獲得活動斷裂帶錯動時斷裂帶內(nèi)地質(zhì)體的位移分布模式及其演化規(guī)律，為揭示隧道(洞)圍巖響應(yīng)，科學(xué)設(shè)計支護(hù)體系提供可靠的實驗手段。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正視圖；
[0019]圖2為圖1的俯視不意圖；
[0020]圖3為圖1的A-A截面示意圖；
[0021]圖4為圖1的B-B截面示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]本實施例的一種可施加三軸應(yīng)力的穿越活動斷裂帶隧道錯動破壞的模型試驗裝置，包括底座1，底座I可以由兩個并列設(shè)置并具有間隔的導(dǎo)軌構(gòu)成；本實施例的底座I上部沿縱向依次并列設(shè)置有呈矩形并用于裝載試樣的第一試驗腔室2、第二試驗腔室3和第三試驗腔室4，第一試驗腔室2縱向后側(cè)壁、橫向左側(cè)壁與豎向上側(cè)壁分別對應(yīng)與第一縱向加載裝置、第一橫向加載裝置和第一豎向加載裝置的輸出端連接，以實現(xiàn)對第一試驗腔室2內(nèi)的試樣5進(jìn)行三軸加載；第三試驗腔室4縱向前側(cè)壁、橫向左側(cè)壁和豎向上側(cè)壁分別對應(yīng)與第二縱向加載裝置、第三橫向加載裝置和第三豎向加載裝置的輸出端連接，以實現(xiàn)對第三試驗腔室4內(nèi)的試樣7進(jìn)行三軸加載；而第二試驗腔室3橫向左側(cè)壁與豎向上側(cè)壁分別對應(yīng)與第二橫向加載裝置和第二豎向加載裝置的輸出端連接，通過第二橫向加載裝置和第二豎向加載裝置實現(xiàn)對第二試驗腔室3內(nèi)的試樣6進(jìn)行橫向和豎向加載，其縱向加載為第一縱向加載裝置和第二縱向加載裝置輸出力通過試樣5、試樣7傳遞至試樣6。
[0024]本實施例在底座I上部沿縱向依次設(shè)置有將第一試驗腔室2、第二試驗腔室3和第三試驗腔室4包覆在內(nèi)并縱向貫通的第一框架8、第二框架9和第三框架10，第一框架8和第三框架10底部分別對應(yīng)通過沿橫向設(shè)置的第一滑軌11、第二滑軌12與底座I滑動連接，而第二框架9底部焊接固定設(shè)置在底座I上，本實施例在底座I兩側(cè)對應(yīng)設(shè)置有分別驅(qū)動第一框架8和第三框架10沿橫向移動的第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置，通過第一驅(qū)動裝置實現(xiàn)第一試驗腔室2向橫向一側(cè)移動，通過第二驅(qū)動裝置實現(xiàn)第三試驗腔室4向橫向另一側(cè)移動，第一試驗腔室2和第三試驗腔室4向相反方向移動，以實現(xiàn)對活動斷裂帶上、下盤與斷裂帶內(nèi)軟弱地質(zhì)體之間相對錯動的模擬，以獲得活動斷裂帶錯動時斷裂帶內(nèi)地質(zhì)體位移分布模式及其演化規(guī)律，為揭示隧道(洞)圍巖響應(yīng)，科學(xué)設(shè)計支護(hù)體系提供可靠的實驗手段。
[0025]本實施例在底座I上部沿縱向依次設(shè)置有位于第一試驗腔室2外側(cè)的第一承力板13和位于第三試驗腔室4外側(cè)的第二承力板14，第一縱向加載裝置和第二縱向加載裝置均包括若干個縱向千斤頂15，縱向千斤頂15的固定座對應(yīng)固定設(shè)置在第一承力板13和第二承力板14的內(nèi)側(cè)面，縱向千斤頂15的輸出端對應(yīng)與第一試驗腔室2縱向后側(cè)壁和第三試驗腔室4縱向前側(cè)壁之間設(shè)置有第一鋼珠板16和第一固定板17，第一鋼珠板16固定連接在縱向千斤頂15的輸出端，第一固定板對應(yīng)固定設(shè)置在第一試驗腔室7縱向后側(cè)