一种应力作用下软弱构造带错动模拟试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩体力学模型试验装备技术领域，尤其涉及一种应力作用下软弱构造带错动模拟试验装置。
【背景技术】
[0002]随着我国交通、水利事业的迅速发展，隧道/洞的建设需求和重要性日益明显。我国西部地区的地质条件复杂，断层活动频繁，性状各异。因此，在线路选择过程中，隧道往往难以避免地穿越断裂破碎带。隧道断层破碎带段具有围岩地质条件差、地层由软岩到硬岩或由硬岩到软岩的过渡等特点，是隧道震害较集中的部位，1995年阪神地震、1999年台湾集集地震和“5.12”汉川地震等隧道震害均证明了这一规律。活动断裂对工程的影响主要表现为错动破坏(抗错断问题)和地震破坏(抗震问题)，错动引起永久变形，对于穿越其中的隧道的影响是巨大的，甚至会产生毁灭性的后果。把握隧道工程的地质条件和地震背景，分析具有发震可能的活动断层于隧道工程的危害性，保证跨越活动断层隧道工程在断层错动下的安全，对于我国西部地区工程建设具有非常重要的意义。当前国内外对于活动断裂带的研究，重点集中于活动断裂的活动方式、位移特征、应力重分布、滑动机理及其影响因素与控制措施等方面，具有重要的科学价值和广泛的工程应用前景。研究成果将有助于科学设计过活动断裂带隧道/洞等工程的支护体系，提升过活动断裂带隧道/洞工程的安全性，同时减少支护成本。
[0003]岩体工程模型试验是建立在相似原理的基础之上，通过在比例缩尺的模型试样进行加载、开挖等操作，模拟工程现场隧道/洞所处的应力状态、开挖等条件，监测模型试样在给定条件下的变形与位移特征、应力分布、破坏形态和破坏机制等，然后将模型的试验成果换算和应用到现场工程中，从而为工程现场隧洞的开挖施工提供指导和借鉴。尤其重要的是物理模拟可以比较全面地、真实地模拟复杂地下工程结构、复杂地质构造、复杂地下岩层组合关系，与现场实际更加吻合，得到的结论更具说服力，因此模型试验被广泛应用于岩体工程(隧道/洞、巷道等)的施工和研究中。
[0004]目前，国内外关于活动断裂带错动模式的模型试验开展了大量工作，但模型试验设备和方法存在如下不足:
[0005]1)活动断裂带滑动大多通过剪切试验模拟，而大部分剪切试验设备仅能给试样施加单向或双向应力，难以模拟三向应力状态；
[0006]2)模型试样多为两部分组成，忽略了活动断裂带三部分(上、下盘与中间软弱结构体)构成特点。
[0007]3)模型试验设备在施加初始应力后，无法开挖隧道/洞，因此也就无法模拟模型试样开挖效应，无法知道开挖后隧道的变形特征与应力重新分布等。而预先开挖有孔洞的试样受力状态与现场工程相差较远，得出的结论难以说明问题。
[0008]由于缺少能合理模拟应力作用下软弱构造带错动模拟的试验装置，相关研究工作主要通过数值模拟、理论分析进行，得出的结果与现场实际相差较大。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、能模拟三向应力且施力均匀的应力作用下软弱构造带错动模拟试验装置。
[0010]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种应力作用下软弱构造带错动模拟试验装置，包括底座，所述底座上依次设有左样室、错动室和右样室，所述左样室和错动室分别通过导轨与底座滑动连接，所述左样室、错动室和右样室均为矩形柱且三者内分别设有用于放置试样的左通孔、中通孔和右通孔，上述三个通孔为等径圆柱形通孔，沿导轨滑动所述左样室和错动室可使上述三个通孔同轴，形成一个贯通的通孔，所述左通孔的左端设有左垫块，所述右通孔的右端设有右垫块，所述右垫块的中心设有孔径小于所述右通孔的预留孔，所述错动室包括外限板和设置在所述外限板内表面的圆环形的水囊，所述圆环形水囊内径与所述中通孔的直径相等，所述左垫块远离左样室的一端设有第一加载装置，所述右垫块远离所述右样室的一端设有第二加载装置，所述左样室的一侧还设有驱动所述左样室沿所述导轨运动的第三加载装置。
[0011]本发明的有益效果是:本发明通过左样室和右样室对试样施加轴向的压力，与现有技术不同的是，本发明还通过水囊对试样加载径向的压力，实现软弱构造带三向应力状态的模拟，使该模拟装置能模拟出更贴近真实情况的受力。同时，通过环形水囊对试样进行加载，可以使该力均匀的加载在试样上，避免径向受力不均影响模拟结果，另外，环形水囊在允许错动样加载边界发生错动位移的同时保证荷载均匀施加。左样室底部、错动样底部与底座通过直线导轨连接，当试样受到第三加载装置施加的加载力时，左样室和错动样可以沿导轨滑动，并避免其上下或左右转动。
[0012]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0013]进一步，所述水囊外接可以调节水囊水压的压力调节装置。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是，通过压力调节装置调节水囊内的水压，即可以改变水囊作用在试样上的径向压力，便于控制径向压力也可以适用于不同的试样进行模拟试验。
[0015]进一步，所述外限板与左样室之间以及外限板与右样室之间均设有滚珠。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果是，由于左样室或者右样室都有可能与错动室发生相对位移，滚珠可以减小发生相对移动时的摩擦力，使试验效果更明显。
[0017]进一步，所述第一加载装置通过钢珠板与所述左垫块连接，所述钢珠板与所述左垫块接触一侧设有多个可以滚动的钢珠。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是，由于左样室在加载过程中有可能相对地面发生位移，而第一加载装置是固定的，钢珠板可以减小第一加载装置对左样室移动过程中的摩擦力，使试验结果更好。
[0019]进一步，所述第二加载装置包括多个沿所述预留孔边缘均匀布置的加载装置。
[0020]采用上述进一步方案的有益效果是，第二加载装置用于从右侧向通孔内的试样加载压力，但在试验过程中，需通过预留孔顺入的钻孔设备在试样中心钻一个小孔以模拟隧道开挖，多个均匀布置的加载装置可以保证施加在试样上的力均匀。
[0021]进一步，所述第一加载装置、第二加载装置和第三加载装置均为千斤顶。
[0022]进一步，所述第一加载装置、第二加载装置和第三加载装置分别连接至对应的反力架，每个所述反力架均相对地面固定。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是，反力架可以给各个加载装置提供着力点，方便加载装置对各个样室加载压力，千斤顶结构轻巧坚固、灵活可靠。
【附图说明】
[0024]图1为本发明正视图；
[0025]图2为本发明俯视图；
[0026]图3为本发明沿图1中A-A的截面图；
[0027]图4为本发明沿图1中B-B的截面图；
[0028]图5为本发明沿图1中C-C的截面图；
[0029]图6为本发明图3中D处的局部视图。
[0030]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0031]1、底座，2、左样室，3、错动室，4、右样室，5、导轨，61、左通孔，62、中通孔，63、右通孔，7、左垫块，8、右垫块，81、预留孔，9、水囊，10、钢珠板，11、第一加载装置，12、第