一種應力作用下軟弱構造帶錯動模擬試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及巖體力學模型試驗裝備技術領域，尤其涉及一種應力作用下軟弱構造帶錯動模擬試驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著我國交通、水利事業的迅速發展，隧道/洞的建設需求和重要性日益明顯。我國西部地區的地質條件復雜，斷層活動頻繁，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條件差、地層由軟巖到硬巖或由硬巖到軟巖的過渡等特點，是隧道震害較集中的部位，1995年阪神地震、1999年臺灣集集地震和“5.12”漢川地震等隧道震害均證明了這一規律。活動斷裂對工程的影響主要表現為錯動破壞(抗錯斷問題)和地震破壞(抗震問題)，錯動引起永久變形，對于穿越其中的隧道的影響是巨大的，甚至會產生毀滅性的后果。把握隧道工程的地質條件和地震背景，分析具有發震可能的活動斷層于隧道工程的危害性，保證跨越活動斷層隧道工程在斷層錯動下的安全，對于我國西部地區工程建設具有非常重要的意義。當前國內外對于活動斷裂帶的研究，重點集中于活動斷裂的活動方式、位移特征、應力重分布、滑動機理及其影響因素與控制措施等方面，具有重要的科學價值和廣泛的工程應用前景。研究成果將有助于科學設計過活動斷裂帶隧道/洞等工程的支護體系，提升過活動斷裂帶隧道/洞工程的安全性，同時減少支護成本。
[0003]巖體工程模型試驗是建立在相似原理的基礎之上，通過在比例縮尺的模型試樣進行加載、開挖等操作，模擬工程現場隧道/洞所處的應力狀態、開挖等條件，監測模型試樣在給定條件下的變形與位移特征、應力分布、破壞形態和破壞機制等，然后將模型的試驗成果換算和應用到現場工程中，從而為工程現場隧洞的開挖施工提供指導和借鑒。尤其重要的是物理模擬可以比較全面地、真實地模擬復雜地下工程結構、復雜地質構造、復雜地下巖層組合關系，與現場實際更加吻合，得到的結論更具說服力，因此模型試驗被廣泛應用于巖體工程(隧道/洞、巷道等)的施工和研究中。
[0004]目前，國內外關于活動斷裂帶錯動模式的模型試驗開展了大量工作，但模型試驗設備和方法存在如下不足:
[0005]I)活動斷裂帶滑動大多通過剪切試驗模擬，而大部分剪切試驗設備僅能給試樣施加單向或雙向應力，難以模擬三向應力狀態；
[0006]2)模型試樣多為兩部分組成，忽略了活動斷裂帶三部分(上、下盤與中間軟弱結構體)構成特點。
[0007]3)模型試驗設備在施加初始應力后，無法開挖隧道/洞，因此也就無法模擬模型試樣開挖效應，無法知道開挖后隧道的變形特征與應力重新分布等。而預先開挖有孔洞的試樣受力狀態與現場工程相差較遠，得出的結論難以說明問題。
[0008]由于缺少能合理模擬應力作用下軟弱構造帶錯動模擬的試驗裝置，相關研究工作主要通過數值模擬、理論分析進行，得出的結果與現場實際相差較大。【實用新型內容】
[0009]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、能模擬三向應力且施力均勻的應力作用下軟弱構造帶錯動模擬試驗裝置。
[0010]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種應力作用下軟弱構造帶錯動模擬試驗裝置，包括底座，所述底座上依次設有左樣室、錯動室和右樣室，所述左樣室和錯動室分別通過導軌與底座滑動連接，所述左樣室、錯動室和右樣室均為矩形柱且三者內分別設有用于放置試樣的左通孔、中通孔和右通孔，上述三個通孔為等徑圓柱形通孔，沿導軌滑動所述左樣室和錯動室可使上述三個通孔同軸，形成一個貫通的通孔，所述左通孔的左端設有左墊塊，所述右通孔的右端設有右墊塊，所述右墊塊的中心設有孔徑小于所述右通孔的預留孔，所述錯動室包括外限板和設置在所述外限板內表面的圓環形的水囊，所述圓環形水囊內徑與所述中通孔的直徑相等，所述左墊塊遠離左樣室的一端設有第一加載裝置，所述右墊塊遠離所述右樣室的一端設有第二加載裝置，所述左樣室的一側還設有驅動所述左樣室沿所述導軌運動的第三加載裝置。
[0011]本實用新型的有益效果是:本實用新型通過左樣室和右樣室對試樣施加軸向的壓力，與現有技術不同的是，本實用新型還通過水囊對試樣加載徑向的壓力，實現軟弱構造帶三向應力狀態的模擬，使該模擬裝置能模擬出更貼近真實情況的受力。同時，通過環形水囊對試樣進行加載，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果，另夕卜，環形水囊在允許錯動樣加載邊界發生錯動位移的同時保證荷載均勻施加。左樣室底部、錯動樣底部與底座通過直線導軌連接，當試樣受到第三加載裝置施加的加載力時，左樣室和錯動樣可以沿導軌滑動，并避免其上下或左右轉動。
[0012]在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0013]進一步，所述水囊外接可以調節水囊水壓的壓力調節裝置。
[0014]采用上述進一步方案的有益效果是，通過壓力調節裝置調節水囊內的水壓，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行模擬試驗。
[0015]進一步，所述外限板與左樣室之間以及外限板與右樣室之間均設有滾珠。
[0016]采用上述進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動室發生相對位移，滾珠可以減小發生相對移動時的摩擦力，使試驗效果更明顯。
[0017]進一步，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設有多個可以滾動的鋼珠。
[0018]采用上述進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地面發生位移，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左樣室移動過程中的摩擦力，使試驗結果更好。
[0019]進一步，所述第二加載裝置包括多個沿所述預留孔邊緣均勻布置的加載裝置。
[0020]采用上述進一步方案的有益效果是，第二加載裝置用于從右側向通孔內的試樣加載壓力，但在試驗過程中，需通過預留孔順入的鉆孔設備在試樣中心鉆一個小孔以模擬隧道開挖，多個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應的反力架，每個所述反力架均相對地面固定。
[0023]采用上述進一步方案的有益效果是，反力架可以給各個加載裝置提供著力點，方便加載裝置對各個樣室加載壓力，千斤頂結構輕巧堅固、靈活可靠。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型正視圖；
[0025]圖2為本實用新型俯視圖；
[0026]圖3為本實用新型沿圖1中A-A的截面圖；
[0027]圖4為本實用新型沿圖1中B-B的截面圖；
[0028]圖5為本實用新型沿圖1中C-C的截面圖；
[0029]圖6為本實用新型圖3中D處的局部視圖。
[0030]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0031]1、底座，2、左樣室，3、錯動室，4、右樣室，5、導軌，61、左通孔，62、中通孔，63、右通孔，7、左墊塊，8、右墊塊，81、預留孔，9、水囊，10、鋼珠板，11、第一加載裝置，12