一種應(yīng)力作用下軟弱構(gòu)造帶錯(cuò)動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及巖體力學(xué)模型試驗(yàn)裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)力作用下軟弱構(gòu)造帶錯(cuò)動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)交通、水利事業(yè)的迅速發(fā)展，隧道/洞的建設(shè)需求和重要性日益明顯。我國(guó)西部地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層活動(dòng)頻繁，性狀各異。因此，在線路選擇過程中，隧道往往難以避免地穿越斷裂破碎帶。隧道斷層破碎帶段具有圍巖地質(zhì)條件差、地層由軟巖到硬巖或由硬巖到軟巖的過渡等特點(diǎn)，是隧道震害較集中的部位，1995年阪神地震、1999年臺(tái)灣集集地震和“5.12”漢川地震等隧道震害均證明了這一規(guī)律?；顒?dòng)斷裂對(duì)工程的影響主要表現(xiàn)為錯(cuò)動(dòng)破壞(抗錯(cuò)斷問題)和地震破壞(抗震問題)，錯(cuò)動(dòng)引起永久變形，對(duì)于穿越其中的隧道的影響是巨大的，甚至?xí)a(chǎn)生毀滅性的后果。把握隧道工程的地質(zhì)條件和地震背景，分析具有發(fā)震可能的活動(dòng)斷層于隧道工程的危害性，保證跨越活動(dòng)斷層隧道工程在斷層錯(cuò)動(dòng)下的安全，對(duì)于我國(guó)西部地區(qū)工程建設(shè)具有非常重要的意義。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于活動(dòng)斷裂帶的研究，重點(diǎn)集中于活動(dòng)斷裂的活動(dòng)方式、位移特征、應(yīng)力重分布、滑動(dòng)機(jī)理及其影響因素與控制措施等方面，具有重要的科學(xué)價(jià)值和廣泛的工程應(yīng)用前景。研究成果將有助于科學(xué)設(shè)計(jì)過活動(dòng)斷裂帶隧道/洞等工程的支護(hù)體系，提升過活動(dòng)斷裂帶隧道/洞工程的安全性，同時(shí)減少支護(hù)成本。
[0003]巖體工程模型試驗(yàn)是建立在相似原理的基礎(chǔ)之上，通過在比例縮尺的模型試樣進(jìn)行加載、開挖等操作，模擬工程現(xiàn)場(chǎng)隧道/洞所處的應(yīng)力狀態(tài)、開挖等條件，監(jiān)測(cè)模型試樣在給定條件下的變形與位移特征、應(yīng)力分布、破壞形態(tài)和破壞機(jī)制等，然后將模型的試驗(yàn)成果換算和應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)工程中，從而為工程現(xiàn)場(chǎng)隧洞的開挖施工提供指導(dǎo)和借鑒。尤其重要的是物理模擬可以比較全面地、真實(shí)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，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際更加吻合，得到的結(jié)論更具說服力，因此模型試驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于巖體工程(隧道/洞、巷道等)的施工和研究中。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)動(dòng)模式的模型試驗(yàn)開展了大量工作，但模型試驗(yàn)設(shè)備和方法存在如下不足:
[0005]I)活動(dòng)斷裂帶滑動(dòng)大多通過剪切試驗(yàn)?zāi)M，而大部分剪切試驗(yàn)設(shè)備僅能給試樣施加單向或雙向應(yīng)力，難以模擬三向應(yīng)力狀態(tài)；
[0006]2)模型試樣多為兩部分組成，忽略了活動(dòng)斷裂帶三部分(上、下盤與中間軟弱結(jié)構(gòu)體)構(gòu)成特點(diǎn)。
[0007]3)模型試驗(yàn)設(shè)備在施加初始應(yīng)力后，無法開挖隧道/洞，因此也就無法模擬模型試樣開挖效應(yīng)，無法知道開挖后隧道的變形特征與應(yīng)力重新分布等。而預(yù)先開挖有孔洞的試樣受力狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)工程相差較遠(yuǎn)，得出的結(jié)論難以說明問題。
[0008]由于缺少能合理模擬應(yīng)力作用下軟弱構(gòu)造帶錯(cuò)動(dòng)模擬的試驗(yàn)裝置，相關(guān)研究工作主要通過數(shù)值模擬、理論分析進(jìn)行，得出的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相差較大。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能模擬三向應(yīng)力且施力均勻的應(yīng)力作用下軟弱構(gòu)造帶錯(cuò)動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置。
[0010]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種應(yīng)力作用下軟弱構(gòu)造帶錯(cuò)動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，包括底座，所述底座上依次設(shè)有左樣室、錯(cuò)動(dòng)室和右樣室，所述左樣室和錯(cuò)動(dòng)室分別通過導(dǎo)軌與底座滑動(dòng)連接，所述左樣室、錯(cuò)動(dòng)室和右樣室均為矩形柱且三者內(nèi)分別設(shè)有用于放置試樣的左通孔、中通孔和右通孔，上述三個(gè)通孔為等徑圓柱形通孔，沿導(dǎo)軌滑動(dòng)所述左樣室和錯(cuò)動(dòng)室可使上述三個(gè)通孔同軸，形成一個(gè)貫通的通孔，所述左通孔的左端設(shè)有左墊塊，所述右通孔的右端設(shè)有右墊塊，所述右墊塊的中心設(shè)有孔徑小于所述右通孔的預(yù)留孔，所述錯(cuò)動(dòng)室包括外限板和設(shè)置在所述外限板內(nèi)表面的圓環(huán)形的水囊，所述圓環(huán)形水囊內(nèi)徑與所述中通孔的直徑相等，所述左墊塊遠(yuǎn)離左樣室的一端設(shè)有第一加載裝置，所述右墊塊遠(yuǎn)離所述右樣室的一端設(shè)有第二加載裝置，所述左樣室的一側(cè)還設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述左樣室沿所述導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的第三加載裝置。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型通過左樣室和右樣室對(duì)試樣施加軸向的壓力，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本實(shí)用新型還通過水囊對(duì)試樣加載徑向的壓力，實(shí)現(xiàn)軟弱構(gòu)造帶三向應(yīng)力狀態(tài)的模擬，使該模擬裝置能模擬出更貼近真實(shí)情況的受力。同時(shí)，通過環(huán)形水囊對(duì)試樣進(jìn)行加載，可以使該力均勻的加載在試樣上，避免徑向受力不均影響模擬結(jié)果，另夕卜，環(huán)形水囊在允許錯(cuò)動(dòng)樣加載邊界發(fā)生錯(cuò)動(dòng)位移的同時(shí)保證荷載均勻施加。左樣室底部、錯(cuò)動(dòng)樣底部與底座通過直線導(dǎo)軌連接，當(dāng)試樣受到第三加載裝置施加的加載力時(shí)，左樣室和錯(cuò)動(dòng)樣可以沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，并避免其上下或左右轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。
[0013]進(jìn)一步，所述水囊外接可以調(diào)節(jié)水囊水壓的壓力調(diào)節(jié)裝置。
[0014]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通過壓力調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)水囊內(nèi)的水壓，即可以改變水囊作用在試樣上的徑向壓力，便于控制徑向壓力也可以適用于不同的試樣進(jìn)行模擬試驗(yàn)。
[0015]進(jìn)一步，所述外限板與左樣室之間以及外限板與右樣室之間均設(shè)有滾珠。
[0016]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，由于左樣室或者右樣室都有可能與錯(cuò)動(dòng)室發(fā)生相對(duì)位移，滾珠可以減小發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)的摩擦力，使試驗(yàn)效果更明顯。
[0017]進(jìn)一步，所述第一加載裝置通過鋼珠板與所述左墊塊連接，所述鋼珠板與所述左墊塊接觸一側(cè)設(shè)有多個(gè)可以滾動(dòng)的鋼珠。
[0018]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，由于左樣室在加載過程中有可能相對(duì)地面發(fā)生位移，而第一加載裝置是固定的，鋼珠板可以減小第一加載裝置對(duì)左樣室移動(dòng)過程中的摩擦力，使試驗(yàn)結(jié)果更好。
[0019]進(jìn)一步，所述第二加載裝置包括多個(gè)沿所述預(yù)留孔邊緣均勻布置的加載裝置。
[0020]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，第二加載裝置用于從右側(cè)向通孔內(nèi)的試樣加載壓力，但在試驗(yàn)過程中，需通過預(yù)留孔順入的鉆孔設(shè)備在試樣中心鉆一個(gè)小孔以模擬隧道開挖，多個(gè)均勻布置的加載裝置可以保證施加在試樣上的力均勻。
[0021]進(jìn)一步，所述第一加載裝置、第二加載裝置和第三加載裝置均為千斤頂。
[0022]進(jìn)一步，所述第一加載裝置、第二加載裝置和第三加載裝置分別連接至對(duì)應(yīng)的反力架，每個(gè)所述反力架均相對(duì)地面固定。
[0023]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，反力架可以給各個(gè)加載裝置提供著力點(diǎn)，方便加載裝置對(duì)各個(gè)樣室加載壓力，千斤頂結(jié)構(gòu)輕巧堅(jiān)固、靈活可靠。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型正視圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型俯視圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型沿圖1中A-A的截面圖；
[0027]圖4為本實(shí)用新型沿圖1中B-B的截面圖；
[0028]圖5為本實(shí)用新型沿圖1中C-C的截面圖；
[0029]圖6為本實(shí)用新型圖3中D處的局部視圖。
[0030]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0031]1、底座，2、左樣室，3、錯(cuò)動(dòng)室，4、右樣室，5、導(dǎo)軌，61、左通孔，62、中通孔，63、右通孔，7、左墊塊，8、右墊塊，81、預(yù)留孔，9、水囊，10、鋼珠板，11、第一加載裝置，12