活动断裂带灾害效应物理模型试验系统和方法

本发明涉及地质工程，具体而言，涉及一种活动断裂带灾害效应物理模型试验系统和活动断裂带灾害效应物理模型试验方法。

背景技术：

1、地震活动、活断层活动是区域构造应力场作用下地壳应力局部集中导致构造运动的结果，地壳中的各种地质现象与地质过程的演化都与构造应力作用密切相关。构造地震的发生是在构造应力驱动下活动断裂局部突然错动所致。活动断裂的存在不仅使地质体的完整性受到破坏，还对断裂附近地质体的应力状态产生一定影响，形成特有的局域构造应力场。而局部应力场的变化还会影响山体、坡体和岩体的稳定性。因此研究活动断裂(走滑、逆冲)局部应力场的变化及其与断裂活动性的关系对区域地壳稳定性评价、岩体工程稳定性评价具有重要的理论意义和工程实用价值。

2、物理模拟试验是研究活动断裂带灾害效应的重要方法。

3、相关技术中的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，仅能模拟纯走滑或纯逆冲的单一情景，而天然状态下断层的运动是复杂的，通常是逆冲伴随走滑运动，相关技术中的试验系统难以模拟复合运动。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，该活动断裂带灾害效应物理模型试验系统能够模拟断层复合运动、初始地应力和地震震动情况，具有功能丰富、适用性强、灵活性好等优点。

2、本发明还提出一种活动断裂带灾害效应物理模型试验方法。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，所述活动断裂带灾害效应物理模型试验系统包括：支架；试验样品，所述试验样品由试验配比材料固化而成，所述试验样品上设有预设断裂带，所述预设断裂带将所述试验样品分隔为沿前后方向排列的多个子段，所述试验样品设在所述支架内且相邻两个所述子段之间可相对移动；前驱动装置，所述前驱动装置设在所述支架上且位于所述试验样品的前方，所述前驱动装置适于驱动最前方的所述子段向后移动；门架驱动组件，所述门架驱动组件包括门架、上驱动装置、下驱动装置、左驱动装置和右驱动装置，所述门架可前后滑动地设在所述支架上，所述上驱动装置设在所述门架上且位于所述试验样品的上方，所述上驱动装置适于向下驱动至少一个所述子段，所述下驱动装置设在所述门架上且位于所述试验样品的下方，所述下驱动装置适于向上驱动至少一个所述子段，所述左驱动装置设在所述门架上且位于所述试验样品的左侧，所述左驱动装置适于向右驱动至少一个所述子段，所述右驱动装置设在所述门架上且位于所述试验样品的右侧，所述右驱动装置适于向左驱动至少一个所述子段；地震震动模拟装置，所述地震震动模拟装置适于产生震动，所述地震震动模拟装置设在所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述左驱动装置、所述右驱动装置和所述前驱动装置中的至少一个上；检测装置，所述检测装置设在所述试验样品上，所述检测装置至少适于检测所述试验样品的应力状态和位移状态。

4、根据本发明实施例的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，能够模拟断层复合运动、初始地应力和地震震动情况，具有功能丰富、适用性强、灵活性好等优点。

5、另外，根据本发明上述实施例的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统还可以具有如下附加的技术特征：

6、根据本发明的一个实施例，所述地震震动模拟装置为多个且分别设在所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述前驱动装置、所述左驱动装置和所述右驱动装置上。

7、根据本发明的一个实施例，所述活动断裂带灾害效应物理模型试验系统还包括后端左驱动装置和后端右驱动装置，所述后端左驱动装置和所述后端右驱动装置设在所述支架上，所述后端左驱动装置设在最后方的所述子段的左侧且适于驱动该子段向右移动，所述后端右驱动装置设在最后方的所述子段的右侧且适于驱动该子段向左移动。

8、根据本发明的一个实施例，所述活动断裂带灾害效应物理模型试验系统还包括前浮动托板和后浮动托板，所述试验样品的后端与所述后浮动托板相连且前端与所述前浮动托板相连，所述后浮动托板通过平面轴承安装在所述支架上，所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述左驱动装置、所述右驱动装置和所述前驱动装置均为油缸且包括缸体和缸杆，所述前驱动装置的缸杆上连接有施力板，所述前浮动托板通过平面轴承与所述施力板相连，所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述左驱动装置和所述右驱动装置的缸杆上设有滚轮座。

9、根据本发明的一个实施例，所述活动断裂带灾害效应物理模型试验系统还包括临时固化容器，所述临时固化容器可拆卸地设在所述支架内，所述试验样品适于在所述临时固化容器内固化。

10、根据本发明的一个实施例，所述检测装置包括应力传感器和声发射传感器，所述应力传感器埋设在所述试验样品内，所述声发射传感器安装在所述试验样品外表面。

11、根据本发明的一个实施例，所述上驱动装置的缸杆与所述滚轮座可拆卸地相连。

12、根据本发明的一个实施例，所述预设断裂带为两个且将所述试验样品分隔为三个所述子段，所述门架驱动组件为两个且沿前后方向间隔设置。

13、根据本发明的一个实施例，所述预设断裂带与前后方向所呈的角度为30-90度。

14、根据本发明的第二方面的实施例提出一种活动断裂带灾害效应物理模型试验方法，采用根据本发明的第一方面的实施例所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，包括以下步骤：

15、使试验配比材料固化形成具有目标角度的所述预设断裂带的所述试验样品；

16、根据所述预设断裂带的角度和目标施力位置调节所述门架的前后位置，将所述上驱动装置、下驱动装置、左驱动装置、右驱动装置和所述前驱动装置与所述试验样品贴合；

17、根据所要模拟的天然应力场驱动所述左驱动装置、所述右驱动装置和所述前驱动装置，使所述左驱动装置和所述右驱动装置施力至平衡状态，利用所述检测装置记录所述试验样品的应力状态及位移状态；

18、根据所要模拟的断层运动模式驱动所述上驱动装置、下驱动装置、左驱动装置、右驱动装置和所述前驱动装置，根据所要模拟的地震作用，控制所述地震震动模拟装置发出震动，利用所述检测装置检测运动过程中所述试验样品的应力状态和位移状态的变化情况。

19、根据本发明实施例的活动断裂带灾害效应物理模型试验方法，通过利用根据本发明的第一方面的实施例所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，能够模拟断层复合运动、初始地应力和地震震动情况，具有功能丰富、适用性强、灵活性好等优点。

20、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，所述地震震动模拟装置为多个且分别设在所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述前驱动装置、所述左驱动装置和所述右驱动装置上。

3.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，还包括后端左驱动装置和后端右驱动装置，所述后端左驱动装置和所述后端右驱动装置设在所述支架上，所述后端左驱动装置设在最后方的所述子段的左侧且适于驱动该子段向右移动，所述后端右驱动装置设在最后方的所述子段的右侧且适于驱动该子段向左移动。

4.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，还包括前浮动托板和后浮动托板，所述试验样品的后端与所述后浮动托板相连且前端与所述前浮动托板相连，所述后浮动托板通过平面轴承安装在所述支架上，所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述左驱动装置、所述右驱动装置和所述前驱动装置均为油缸且包括缸体和缸杆，所述前驱动装置的缸杆上连接有施力板，所述前浮动托板通过平面轴承与所述施力板相连，所述上驱动装置、所述下驱动装置、所述左驱动装置和所述右驱动装置的缸杆上设有滚轮座。

5.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，还包括临时固化容器，所述临时固化容器可拆卸地设在所述支架内，所述试验样品适于在所述临时固化容器内固化。

6.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，所述检测装置包括应力传感器和声发射传感器，所述应力传感器埋设在所述试验样品内，所述声发射传感器安装在所述试验样品外表面。

7.根据权利要求4所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，所述上驱动装置的缸杆与所述滚轮座可拆卸地相连。

8.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，所述预设断裂带为两个且将所述试验样品分隔为三个所述子段，所述门架驱动组件为两个且沿前后方向间隔设置。

9.根据权利要求1所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，其特征在于，所述预设断裂带与前后方向所呈的角度为30-90度。

10.一种活动断裂带灾害效应物理模型试验方法，其特征在于，采用根据权利要求1-9中任一项所述的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种活动断裂带灾害效应物理模型试验系统和方法，活动断裂带灾害效应物理模型试验系统包括：支架；试验样品，试验样品由试验配比材料固化而成，试验样品上设有预设断裂带，预设断裂带将试验样品分隔为多个子段；前驱动装置；门架驱动组件，门架驱动组件包括门架、上驱动装置、下驱动装置、左驱动装置和右驱动装置；地震震动模拟装置，地震震动模拟装置适于产生震动；检测装置，检测装置设在试验样品上。根据本发明实施例的活动断裂带灾害效应物理模型试验系统能够模拟断层复合运动、初始地应力和地震震动情况，具有功能丰富、适用性强、灵活性好等优点。技术研发人员：臧明东,王祚鹏,刘天浩,陈东坡,苏占东,徐能雄,王进,薛超,陈裕龙,赵超飞,刘旭,陈婉祯受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/11/14