一種斜向滑動斷層模擬裝置的製作方法

2023-06-01 20:13:11 1

本實用新型涉及土工模型模擬技術，具體來講，涉及一種斜向滑動斷層模擬裝置。

背景技術：

眾多地震實例表明地震中基巖斷層錯動導致上覆土體發生永久變形破壞，進一步誘發地表及地下建築受災。基巖斷層錯動時斷層兩盤之間既有落差又有平錯，落差反映垂直位移，平錯反映水平位移，這種斷層稱之為斜向滑動斷層，是走向滑動斷層和傾向滑動斷層的複合。目前針對基巖斷層錯動誘發上部建築物破壞的模型實驗中，往往對實際問題進行簡化，僅單獨考慮走向滑動或僅單獨考慮傾向滑動。由於隧道等地下結構物並非理想彈性體，簡單地將走向滑動模式和傾向滑動模式引起的破壞進行線性疊加並無法真正模擬斜向滑動斷層引起的地下結構物破壞。此外，地下結構周邊土體圍壓影響土體自身剛度，同時也影響位於土體中地下結構物的力學行為。因此，設計能真實模擬斜向滑動斷層的裝置並開發相應的模擬方法對深入研究斜向滑動斷層引起上覆土體中地下結構物的破壞機制至關重要。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種可實現上覆土體應力水平的模擬，充分考慮土體力學性能的應力水平相關特性，且原理明確、構造簡單，實驗操作易於實現的斜向滑動斷層模擬裝置。

本實用新型的技術方案如下：

一種斜向滑動斷層模擬裝置，包括固定盤模型箱、錯動盤模型箱、長方體臺座、稜柱臺座、三角滑動塊、斜嚮導軌、內置氣囊以及千斤頂；固定盤模型箱固定於長方體臺座上保持相對靜止，錯動盤模型箱活動設置於稜柱臺座上，固定盤模型箱與錯動盤模型箱一側斜向配合併相通以形成一用於放置土體模型的腔體；斜嚮導軌設置於稜柱臺座的斜面上，三角滑動塊固定於錯動盤模型箱底端並在千斤頂作用下沿斜嚮導軌滑動，以推動錯動盤模型箱相對固定盤模型箱沿斜向錯動；內置氣囊分別設置於固定盤模型箱和錯動盤模型箱之內並向土體模型施加豎向壓力。

優選的，所述錯動盤模型箱下布置四個稜柱臺座，每個稜柱臺座斜面上布置兩個所述斜嚮導軌，臺座斜面與斜嚮導軌角度均可調，可實現不同走向滑動分量與傾向滑動分量的模擬。所述三角滑動塊和所述斜嚮導軌的滑動接觸面黏貼特氟龍材料，以降低接觸面摩擦阻力。

優選的，所述固定盤模型箱與錯動盤模型箱均包括三面壁板和一面底板以形成側向開口的箱體；其中所述固定盤模型箱的開口由上至下向外傾斜，所述錯動盤模型箱的開口由上至下向內傾斜，兩開口配合抵接以形成一腔體，在千斤頂作用下，兩開口斜向錯動。

優選的，所述固定盤模型箱與錯動盤模型箱於開口相接處布置砂土擋板，以防止錯動時砂土漏出。

優選的，所述固定盤模型箱與錯動盤模型箱的壁板外側布置縱梁與橫向加勁肋進行加強。

優選的，所述固定盤模型箱和錯動盤模型箱的頂部分別安裝蓋板，蓋板與所述模型箱的側壁螺栓連接，蓋板上布置橫梁、縱向加勁肋進行加強。蓋板為內置氣囊提供反力，以使內置氣囊向下提供施加至土體模型的壓力。

優選的，所述千斤頂沿錯動方向放置，千斤頂頂推方向與所述斜嚮導軌同向並頂推三角滑動塊。

本實用新型的有益效果如下：

本實用新型所述的裝置與模擬方法能夠同時模擬斜向滑動斷層兩盤垂直位移分量和水平位移分量，並能夠改變兩個方向位移分量的比例，真正模擬斜向滑動斷層引起的地下結構物的破壞。此外，在複雜的斜向滑動斷層模擬裝置中實現土壓力水平的模擬，通過內置氣囊對土體模型進行應力水平恢復。本實用新型可應用於不同埋深下地下結構物由斜向滑動斷層引起破壞的模擬，用於解決以往僅單獨考慮走向滑動或僅單獨考慮傾向滑動，或將二者線性疊加來研究斜向滑動斷層引起上覆土體中地下結構物的破壞機制等問題，建立原理明確、操作方便的實驗模擬方法，為斜向滑動斷層模型實驗提供一種新的解決方法。

附圖說明

圖1是本實用新型所述的裝置的示意圖；

圖中：1是固定盤模型箱，2是錯動盤模型箱，3是長方體臺座，4是稜柱臺座，5是三角滑動塊，6是斜嚮導軌，7是內置氣囊，8是模型箱頂部蓋板，9是千斤頂，10是砂土擋板，11是螺栓連接件。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型進行進一步的詳細說明。

本實用新型提供一種斜向滑動斷層模擬裝置，如圖1所示，包括固定盤模型箱1，錯動盤模型箱2，長方體臺座3，稜柱臺座4，三角滑動塊5，斜嚮導軌6，內置氣囊7，模型箱頂部蓋板8，千斤頂9，砂土擋板10，螺栓連接件11。

固定盤模型箱1固定於長方體臺座3上保持相對靜止，錯動盤模型箱2活動設置於稜柱臺座4上，固定盤模型箱1與錯動盤模型箱2一側斜向配合併相通以形成一用於放置土體模型的腔體。斜嚮導軌6設置於稜柱臺座4的斜面上，三角滑動塊5固定於錯動盤模型箱2底端並在千斤頂9作用下沿斜嚮導軌6滑動，以推動錯動盤模型箱2相對固定盤模型箱1沿斜向錯動。內置氣囊7分別設置於固定盤模型箱1和錯動盤模型箱2之內並向土體模型施加豎向壓力。

錯動盤模型箱2下布置四個稜柱臺座4，每個稜柱臺座4斜面上布置兩個斜嚮導軌6；斜嚮導軌6用於確保三角滑動塊5沿預定方向滑動。三角滑動塊5和斜嚮導軌6的滑動接觸面黏貼特氟龍材料，降低接觸面摩擦阻力。錯動盤模型箱2通過三角滑動塊5、斜嚮導軌6、千斤頂9實現斜向錯動。

固定盤模型箱1與錯動盤模型箱2均包括依次連接的三面壁板和一面底板以形成側向開口的箱體，採用8mm高強錳鋼鋼板，而且固定盤模型箱1與錯動盤模型箱2相對面均不設置壁板形成開口，其中固定盤模型箱1的開口由上至下向外傾斜，錯動盤模型箱2的開口由上至下向內傾斜，兩開口配合抵接以形成一腔體。三面壁板的外側布置縱梁與橫向加勁肋，其與壁板共同工作。相對面的兩側及底部邊緣(即開口周緣)布置砂土擋板10，防止模型箱錯動時砂土漏出。

固定盤模型箱1和錯動盤模型箱2的頂部都安裝蓋板8，蓋板8與模型箱通過螺栓連接，螺栓連接件11的位置如圖所示，模型箱頂部蓋板8為內置氣囊7提供反力，蓋板8上布置橫梁、縱向加勁肋進行加強。

所述斜嚮導軌6布置於稜柱臺座4斜面上，前面已述，其與三角滑動塊5的滑動接觸面黏貼特氟龍材料以降低接觸面的摩擦阻力，臺座斜面與斜嚮導軌6角度可調，可實現不同走向滑動分量與傾向滑動分量的模擬。

千斤頂9沿錯動方向放置，千斤頂頂推方向與稜柱臺座上斜嚮導軌6同向，頂推三角滑動塊5，實現錯動盤模型箱2的斜向錯動。

本實用新型所述的裝置能應用於不同埋深地下結構物由斜向滑動斷層引起破壞的模擬，可以克服僅單獨考慮走向滑動或僅單獨考慮傾向滑動，或將二者線性疊加來研究斜向滑動斷層引起上覆土體中地下結構物的破壞機制的不足，還可以克服以往模型實驗忽略土體圍壓影響等不足，建立原理明確，操作方便的實驗裝置。

基於所述的斜向滑動斷層模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟：

步驟1：根據待模擬土體埋深，選擇要施加的土體圍壓，過內置氣囊7向模型箱內的土體模型施加預定壓力；

步驟2：通過千斤頂9、斜嚮導軌6和三角滑動塊5推動錯動盤模型箱2進行斜向錯動模擬，觀測土體中地下結構模型的破壞模式。

上述實施例僅是用來說明本實用新型，而並非用作對本實用新型的限定。只要是依據本實用新型的技術實質，對上述實施例進行變化、變型等都將落在本實用新型的權利要求的範圍內。