一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置

1.本发明涉模拟试验技术领域，特别是一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置。


背景技术：

2.我国地质条件复杂，活动断层分布广泛，加上越来越多的交通工程随之展开，尤其是大长型隧道，因此很多隧道不可避免地穿过活动山岭断层。断层错动时，往往会对隧道产生破坏，如衬砌开裂、隧道内部垮塌、隧道断裂等，尤其在地震震害作用下，危害更大。针对穿越活动断层隧道的破坏研究，国内外众多学者总结出了三方面的研究手段——理论分析、数值模拟以及模型实验，而在地质模拟的过程中岩石移动的角度具有一定的可变性，因此需要通过岩石断层滑移模拟试验装置进行模拟分析。
3.中国专利（cn114137184a）一种可变活动断层倾角的走、倾滑模拟试验装置及工作方法，通过控制电动缸调整沉降平台倾斜角度，启动走滑推动装置推动走滑模型箱在固定支撑平台上滑动，启动倾滑反力装置推动倾滑模型箱沿断层角度进行移动，启动覆荷载加压装置对走滑模型箱和倾滑模型箱顶部加压，对研究隧道穿越不同形式的活动断层的破坏模式、抗错断设施情况具有重要的意义，且相比于以往的模型箱装置，更加准确地模拟断层的实际运动情况，且能够增加实验工况，极大地减少实验成本。
4.上述专利虽然通过多组电动缸推动模拟岩石断层滑移，这也导致模拟实验中需要通过大量安装电动气缸来实现角度调节模拟断层，而多组电动气缸的增加既增加了实验成本，又使实验安装时间增多，同时多组气缸的调试也会增加安装时间，从而使该模拟实验造成费时费力的情况。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：现有实验设备安装调试复杂，使用不方便的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，包括：下支撑平台和气缸，下支撑平台的上表面设置有上支撑平台，上支撑平台位于其下表面安装有调节机构，上支撑平台位于其支撑腿内侧设置有矩形内套架，且矩形内套架的四周均开设有矩形通孔，矩形通孔用于放置岩石，调节机构用于调节气缸对岩石进行多种倾斜角度的撞击模拟。
7.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：调节机构包括套筒件，套筒件的内腔中套设有内杆件，套筒件的外壁上开设有滑槽，内杆件的外壁上设置有滑杆，且滑杆的外壁穿过滑槽连接有环套件，环套件套设在套筒件的外壁上。
8.环套件的外侧设置有环形导件，且环形导件的外壁上开设有高度向上递增的螺旋轨道，螺旋轨道的内腔与滑杆构成滑动连接，滑杆的端头连接有外挡件，且外挡件位于环形
导件的外侧。套筒件的下端与气缸相连接，内杆件的上端连接有电机一，且电机一通过安装架与上支撑平台的上表面相连接。
9.外挡件能够在螺旋轨道内旋转上移，同时滑杆能够在套筒件上的滑槽内滑动，这样气缸和推件随着套筒件旋转调节到岩石区域，而气缸和推件受到旋转驱动后，气缸和推件的倾角能够进行快速调节。
10.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：气缸的输出轴端连接有推件，且推件与螺旋轨道起点相对应。这样气缸能够在初始位置对岩石进行挤压。
11.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：螺旋轨道的起点与滑槽的最低点相对应，螺旋轨道的终点与滑槽的最高点相对应。这样气缸能够在螺旋轨道的作用下进行多种倾斜角调整，然后受到调整后的气缸能够快速对岩石进行撞击模拟岩石断层滑移。
12.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：矩形内套架宽度方向的两侧关于其横向中心线对称设置有限位轨道，限位轨道设置有四个，四个限位轨道分为两组，两组限位轨道分别滑动连接有第一侧挡件，第一侧挡件与岩石的外壁相贴合。
13.矩形内套架长度方向的两侧设置有第二侧挡件，且两个第二侧挡件与上支撑平台的支腿内壁滑动连接。
14.第一侧挡件和第二侧挡件在向上位于后能够使岩石失去遮挡，同时连接平台也在螺纹杆的带动下在两个连接件内向上线性约束移动，而向上移动的连接平台能够带动引导坡件位于到下支撑平台处，这样失去遮挡的岩石通过引导坡件的引导能够快速取出。
15.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：第一侧挡件和第二侧挡件各设置有两个，且两个第一侧挡件和第二侧挡件的两侧分别连接有连接件，连接件设置有八个，且八个连接件的一端均连接有横板件。
16.横板件的上表面开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺纹杆，且螺纹杆连接有电机二，电机二既能够带动第二侧挡件向上位移，又能够带动引导部件向上位移，这样能够方便失去遮挡的岩石通过引导坡件的引导能够快速取出。
17.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：横板件的上方设置有引导部件，且引导部件包括连接平台，连接平台的四周分别设置有引导坡件，四个引导坡件分别与矩形内套架的四周相对应，引导坡件位于两个连接件之间，且引导坡件与两个连接件之间的内腔构成滑动连接。
18.作为本发明所述倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的一种优选方案，其中：连接平台上表面开设有螺纹通孔，螺纹通孔与螺纹杆相连接。引导部件通过螺纹杆的带动向上位移，这样引导部件能够快速对接到下支撑平台上，进而失去遮挡的岩石通过引导坡件能够快速被引出。
19.相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：其一：本发明能够减少气缸的使用数量，同时能够提高模拟试验装置的安装效率，具体是通过电机一的输出轴端带动内杆件进行转动，内杆件在套筒件内转动的同时能够将外挡件同步旋转，然后旋转的外挡件能够在螺旋轨道内旋转上移，同时滑杆能够在套筒件
上的滑槽内滑动，这样气缸和推件随着套筒件旋转调节到岩石区域，而气缸和推件受到旋转驱动后，气缸和推件的倾角能够进行快速调节，接着将电机一关闭，然后失去动力后的套筒件能够定位，这样启动气缸后，气缸能够带动推件对岩石进行撞击模拟岩石断层滑移，从而只需要一个气缸和电机一就能够完成倾角可调的岩石断层滑移模拟试验。
20.其二：本发明通过连接平台在螺纹杆的带动下在两个所述连接件内向上线性约束移动，而向上移动的连接平台能够带动引导坡件位于到下支撑平台处，这样失去遮挡的岩石通过引导坡件的引导能够快速取出。
附图说明
21.图1是本发明的立体结构图；图2是本发明的部分结构图；图3是本发明第二侧挡件和限位轨道的结构图；图4是本发明矩形内套架和连接件的结构图；图5是本发明电机一和调节机构的结构图；图6是本发明调节机构的结构图；图7是本发明调节机构的剖视图；图8是本发明引导部件的结构图。
22.图中；1、第一侧挡件；2、电机一；3、上支撑平台；4、调节机构；401、环形导件；402、内杆件；403、螺旋轨道；404、外挡件；405、套筒件；406、滑槽；407、环套件；408、滑杆；5、岩石；6、第二侧挡件；7、下支撑平台；8、引导部件；801、连接平台；802、引导坡件；9、连接件；10、电机二；11、限位轨道；12、螺纹杆；13、横板件；14、矩形内套架；15、气缸；16、推件。
具体实施方式
23.下面对本发明作进一步详细说明。
24.如图1－图8所示，一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，包括：下支撑平台7和气缸15，下支撑平台7的上表面设置有上支撑平台3，上支撑平台3位于其下表面安装有调节机构4，上支撑平台3位于其支撑腿内侧设置有矩形内套架14，且矩形内套架14的四周均开设有矩形通孔，所述矩形通孔用于放置岩石5，调节机构4用于调节气缸15对岩石5进行多种倾斜角度的撞击模拟。
25.在需要对岩石断层滑移模拟试验时，通过电机一2驱动调节机构4带动气缸15对四周的岩石5进行多种倾斜角度的撞击模拟，这样只要通过单个电机一2就能够便捷地带动气缸15对岩石5进行撞击，进而减少电机一2和气缸15的数量能够使该模拟设备成本更低，同时能够方便该模拟设备的安装。
26.参照图6和图7所示，调节机构4包括套筒件405，套筒件405的内腔中套设有内杆件402，套筒件405的外壁上开设有滑槽406，内杆件402的外壁上设置有滑杆408，且滑杆408的外壁穿过滑槽406连接有环套件407，环套件407套设在套筒件405的外壁上，环套件407的外侧设置有环形导件401，且环形导件401的外壁上开设有高度向上递增的螺旋轨道403，螺旋轨道403的内腔与滑杆408构成滑动连接，滑杆408的端头连接有外挡件404，且外挡件404位于环形导件401的外侧，套筒件405的下端与气缸15相连接，内杆件402的上端连接有电机一
2，且电机一2通过安装架与上支撑平台3的上表面相连接，气缸15的输出轴端连接有推件16，且推件16与螺旋轨道403起点相对应。
27.在需要对岩石断层滑移模拟试验时，将电机一2启动，电机一2的输出轴端带动内杆件402进行转动，内杆件402在套筒件405内转动的同时能够将外挡件404同步旋转，然后旋转的外挡件404能够在螺旋轨道403内旋转上移，同时滑杆408能够在套筒件405上的滑槽406内滑动，这样气缸15和推件16随着套筒件405旋转调节到岩石5区域，而气缸15和推件16受到旋转驱动后，气缸15和推件16的倾角能够进行快速调节，接着将电机一2关闭，然后失去动力后的套筒件405能够定位，这样启动气缸15后，气缸15能够带动推件16对岩石5进行撞击模拟岩石断层滑移。
28.螺旋轨道403的起点与滑槽406的最低点相对应，螺旋轨道403的终点与滑槽406的最高点相对应。
29.在内杆件402受到电机一2驱动后，内杆件402能够带动滑杆408在滑槽406和螺旋轨道403内同步移动，这样气缸15能够在螺旋轨道403的作用下进行多种倾斜角调整，然后受到调整后的气缸15能够快速对岩石5进行撞击模拟岩石断层滑移。
30.参照图1－图4所示，矩形内套架14宽度方向的两侧关于其横向中心线对称设置有限位轨道11，限位轨道11设置有四个，四个限位轨道11分为两组，两组限位轨道11分别滑动连接有第一侧挡件1，第一侧挡件1与岩石5的外壁相贴合，岩石5设置有四个，矩形内套架14长度方向的两侧设置有第二侧挡件6，且两个第二侧挡件6与上支撑平台3的支腿内壁滑动连接。
31.在需要将撞击后的岩石5取出时，启动电机二10，然后电机二10带动螺纹杆12旋转，螺纹杆12带动横板件13连接的连接件9向上移动，同时连接件9能够将第一侧挡件1和第二侧挡件6同步带动，这样第一侧挡件1和第二侧挡件6与限位轨道11和上支撑平台3的支腿形成线性约束滑动，而第一侧挡件1和第二侧挡件6在向上位于后能够使岩石5失去遮挡，同时连接平台801也在螺纹杆12的带动下在两个连接件9内向上线性约束移动，而向上移动的连接平台801能够带动引导坡件802位于到下支撑平台7处，这样失去遮挡的岩石5通过引导坡件802的引导能够快速取出。
32.第一侧挡件1和第二侧挡件6各设置有两个，且两个第一侧挡件1和第二侧挡件6的两侧分别连接有连接件9，连接件9设置有八个，且八个连接件9的一端均连接有横板件13，横板件13的上表面开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺纹杆12，且螺纹杆12连接有电机二10。
33.电机二10既能够带动第二侧挡件6向上位移，又能够带动引导部件8向上位移，这样能够方便失去遮挡的岩石5通过引导坡件802的引导能够快速取出。
34.参照图8所示，横板件13的上方设置有引导部件8，且引导部件8包括连接平台801，连接平台801的四周分别设置有引导坡件802，四个引导坡件802分别与矩形内套架14的四周相对应，引导坡件802位于两个连接件9之间，且引导坡件802与两个连接件9之间的内腔构成滑动连接。
35.引导部件8通过螺纹杆12的带动向上位移，这样引导部件8能够快速对接到下支撑平台7上，进而失去遮挡的岩石5通过引导坡件802能够快速被引出。
36.连接平台801上表面开设有螺纹通孔，螺纹通孔与螺纹杆12相连接。
37.工作原理：在需要对岩石断层滑移模拟试验时，先将准备好的岩石5填充到矩形内套架14的四周，接着通过两组第一侧挡件1和第二侧挡件6将岩石5遮挡，然后将电机一2启动，电机一2的输出轴端带动内杆件402进行转动，内杆件402在套筒件405内转动的同时能够将外挡件404同步旋转，然后旋转的外挡件404能够在螺旋轨道403内旋转上移，同时滑杆408能够在套筒件405上的滑槽406内滑动，这样气缸15和推件16随着套筒件405旋转调节到岩石5区域，而气缸15和推件16受到旋转驱动后，气缸15和推件16的倾角能够进行快速调节，接着将电机一2关闭，然后失去动力后的套筒件405能够定位，这样启动气缸15后，气缸15能够带动推件16对岩石5进行撞击模拟岩石断层滑移；在需要将撞击后的岩石5取出时，启动电机二10，然后电机二10带动螺纹杆12旋转，螺纹杆12带动横板件13连接的连接件9向上移动，同时连接件9能够将第一侧挡件1和第二侧挡件6同步带动，这样第一侧挡件1和第二侧挡件6与限位轨道11和上支撑平台3的支腿形成线性约束滑动，而第一侧挡件1和第二侧挡件6在向上位于后能够使岩石5失去遮挡，同时连接平台801也在螺纹杆12的带动下在两个连接件9内向上线性约束移动，而向上移动的连接平台801能够带动引导坡件802位于到下支撑平台7处，这样失去遮挡的岩石5通过引导坡件802的引导能够快速取出这就是该一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置的工作原理。
38.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于，包括：下支撑平台（7）和气缸（15），所述下支撑平台（7）的上表面设置有上支撑平台（3），所述上支撑平台（3）位于其下表面安装有调节机构（4），所述上支撑平台（3）位于其支撑腿内侧设置有矩形内套架（14），且矩形内套架（14）的四周均开设有矩形通孔，所述矩形通孔用于放置岩石（5），所述调节机构（4）用于调节气缸（15）对岩石（5）进行多种倾斜角度的撞击模拟。2.如权利要求1所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述调节机构（4）包括套筒件（405），所述套筒件（405）的内腔中套设有内杆件（402），所述套筒件（405）的外壁上开设有滑槽（406），所述内杆件（402）的外壁上设置有滑杆（408），且滑杆（408）的外壁穿过滑槽（406）连接有环套件（407），所述环套件（407）套设在套筒件（405）的外壁上。3.如权利要求2所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述环套件（407）的外侧设置有环形导件（401），且环形导件（401）的外壁上开设有高度向上递增的螺旋轨道（403），所述螺旋轨道（403）的内腔与滑杆（408）构成滑动连接，所述滑杆（408）的端头连接有外挡件（404），且外挡件（404）位于环形导件（401）的外侧。4.如权利要求2所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述套筒件（405）的下端与气缸（15）相连接，所述内杆件（402）的上端连接有电机一（2），且电机一（2）通过安装架与上支撑平台（3）的上表面相连接。5.如权利要求3所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述气缸（15）的输出轴端连接有推件（16），且推件（16）与螺旋轨道（403）起点相对应。6.如权利要求3所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述螺旋轨道（403）的起点与滑槽（406）的最低点相对应，所述螺旋轨道（403）的终点与滑槽（406）的最高点相对应。7.如权利要求1所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述矩形内套架（14）宽度方向的两侧关于其横向中心线对称设置有限位轨道（11），所述限位轨道（11）设置有四个，四个所述限位轨道（11）分为两组，两组所述限位轨道（11）分别滑动连接有第一侧挡件（1），所述第一侧挡件（1）与岩石（5）的外壁相贴合。8.如权利要求7所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述矩形内套架（14）长度方向的两侧设置有第二侧挡件（6），且两个所述第二侧挡件（6）与上支撑平台（3）的支腿内壁滑动连接。9.如权利要求7所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述第一侧挡件（1）和第二侧挡件（6）各设置有两个，且两个所述第一侧挡件（1）和第二侧挡件（6）的两侧分别连接有连接件（9），所述连接件（9）设置有八个，且八个所述连接件（9）的一端均连接有横板件（13）。10.如权利要求9所述的一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，其特征在于：所述横板件（13）的上表面开设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有螺纹杆（12），且螺纹杆（12）连接有电机二（10）。

技术总结
本发明涉及模拟试验技术领域，解决了增加多组电动气缸会造成了实验成本和实验安装时间增多的问题，具体是一种倾角可调的岩石断层滑移模拟试验装置，包括：下支撑平台和气缸，下支撑平台的上表面设置有上支撑平台，上支撑平台位于其下表面安装有调节机构。该装置通过电机一带动调节机构将气缸和推件随着套筒件旋转调节到岩石区域，而气缸和推件受到旋转驱动后，气缸和推件的倾角能够进行快速调节，接着将电机一关闭，然后失去动力后的套筒件能够定位，这样启动气缸后，气缸能够带动推件对岩石进行撞击模拟岩石断层滑移，从而只需要一个气缸和电机一就能够完成倾角可调的岩石断层滑移模拟试验。移模拟试验。移模拟试验。


技术研发人员：彭光荣 刘军 孙永河 朱定伟 郑金云 刘露 刘玉敏 吴康军
受保护的技术使用者：重庆科技学院
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/21