本发明涉及边坡模型试验，具体涉及一种活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置及方法。
背景技术：
1、我国西南地区位于亚欧板块和太平洋板块交汇地带，崇山峻岭分布，地震活动频繁，且多为近断层地震动，地震强度大，破坏性大。西南艰险山区迎来了基础工程建设高峰，交通设施建设不可避免地穿越活动断裂带。受频繁地震的影响，高陡边坡多发山体滑坡、崩塌等地质灾害，特别是近断层的高陡边坡，在极高地应力条件下受断层蠕滑、黏滑错动影响，其深部及断层带附近的岩体会出现变形破裂，从而弱化岩体结构强度；除此之外，地震波传播还可能在断层的两侧产生非一致激励作用，进一步的加剧了近活动断裂区域内的高陡边坡失稳破坏效应，严重威胁区域内基础设施及人身安全。由此可见，近断层区域内的断层活动、高地应力特征以及断层两侧的非一致激励耦合作用均为影响活动断裂带上高陡边坡稳定性的重要因素。
2、近活动断层的高陡边坡抗震加固是我国西南山区基础设施建设过程中最为严峻问题之一，而高地应力条件下断层活动和断层面上非一致激励作用成为该区域边坡抗震加固设计中的重要影响因素。然而，西南部山区自然条件复杂，地震活动具有偶发性特征，地震边坡现场稳定性试验难以开展，获取高陡边坡在断层活动、高地应力和非一致激励作用条件下的变形特征、失稳机制极具挑战性。因此，在室内进行大比例尺边坡模型模拟试验成了解决地震滑坡灾害的一种行之有效的方法。
3、如今，国内外学者对地震边坡模拟试验的研究存在以下不足：一、试验的边坡模型尺寸较小，对三维地应力场的模拟失真，难以模拟实际边坡工况；二、以往的地震边坡通常只能考虑自重应力条件，无法模拟高陡边坡深部地层中极大的高地应力条件；三、传统的地震边坡试验没有考虑断层错对边坡稳定性的影响；四，传统方法往往将边坡模型放在一个振动台上，没有考虑边坡近断层效应及断层面两侧非一致地震激励作用对边坡稳定性的影响。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种地震活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置及方法，集高地应力、断层错动和非一致激励耦合作用于一体，进而可模拟边坡在受到三维高地应力场、断层错动和模拟地震产生的非一致激励三者耦合作用下边坡的失稳和变形特性。
2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：
3、一种活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，包括振动台主台、移动台、第一主动箱、第二主动箱、断层活动模拟箱、反力架、应力加载组件和多角度顶推机构，第一主动箱和第二主动箱分别固定于振动台主台和移动台上，第一主动箱和第二主动箱之间通过断层活动模拟箱连接，第一主动箱顶部和第二主动箱顶部均设有反力架，反力架上设有竖直土压加载组件，第一主动箱和第二主动箱上均设有水平土压加载组件，第一主动箱上设有竖直土压加载组件，多角度顶推机构设于振动台主台上并可通过第一主动箱向断层活动模拟箱施加滑动力。
4、进一步地，第一主动箱和第二主动箱均包括前箱板、后箱板、侧箱板和底板，前箱板、后箱板和侧板均设于底板上，前箱板和后箱板并行设于底板两侧，前箱板端部和后箱板端部通过侧箱板连接，反力架两端分别与前箱板、后箱板顶部连接。
5、进一步地，底板顶面沿底板的宽度方向开设有t型槽，前箱板底部和后箱板底部均穿设有定位螺栓，定位螺栓的头部滑动设于t型槽内，定位螺栓的螺杆上设有锁紧螺母。
6、进一步地，竖直土压加载组件包括竖直加载油缸和水平加载板，竖直加载油缸设于反力架上，水平加载板设于竖直加载油缸的输出端上。
7、进一步地，水平土压加载组件包括水平加载油缸和竖直加载板，水平加载油缸设于前箱板、后箱板和侧箱板上，竖直加载板设于水平加载油缸的输出端上。
8、进一步地，边坡土压加载组件包括坡面加载油缸、坡面加载板和坡面加载梁，坡面加载梁固定于侧箱板上，坡面加载油缸设于坡面加载梁上，坡面加载板设于坡面加载油缸的输出端上。
9、进一步地，水平加载板和竖直加载板之间通过角板连接，水平加载板和竖直加载板均由多个拼接板拼接而成，相邻的两个拼接板之间覆盖有胶皮。
10、进一步地，第一主动箱前后均设有角度顶推机构，多角度顶推机构包括顶推油缸和反力座，反力座设于振动台主台上，反力座上设有多角度孔位，顶推油缸的缸筒与反力座上的多角度孔位可拆卸连接，第一主动箱前后的顶推油缸的活塞杆分别与前箱板和后箱板连接。
11、进一步地，断层活动模拟箱包括错动箱、导向板和夹板，错动箱设有两个，两个错动箱分别与第一主动箱中的侧箱板和第二主动箱中的侧箱板固定连接，两个错动箱之间形成断层，两个错动箱相对的侧面为断层面，顶推油缸可通过第一主动箱带动与第一主动箱连接的错动箱沿着断层面滑动，导向板和夹板设于断层处，导向板通过夹板夹持于与第一主动箱连接的错动箱上，导向板用于对错动箱的滑动进行导向。
12、进一步地，断层按照断层面角度分为90°断层、75°断层、60°断层、45°断层、30°断层或斜穿断层。
13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14、1、本发明本装置可实现高地应力、断层错动和非一致激励三者耦合作用下边坡模拟试验。水平、竖直土压加载系统可以对土体施加真三维土压力，使地应力场实现精确调控，最大程度模拟高陡边坡内部真实受力情况，其中模拟地应力最大可达到20mpa，可实现大比例尺、高地应力试验条件。
15、2、本发明通过装配式结构的断层活动模拟箱，有多个角度模块可以替换，能实现不同正、逆断层类型和倾角的变化，试验工况丰富，满足不同的试验需求，同时，箱体安装操作简便，耗时较短，节省人力，试验效率高。并且在地震荷载下断层活动模拟箱通过第一主动箱、第二主动箱可实现非一致激励，模拟边坡在高地应力、断层错动和非一致激励耦合作用下的失稳情况和变形特性，具有较高的仿真性和准确性。
16、3、本发明为地质灾害预防和边坡稳定性评估提供高度可控的试验环境，为工程设计和风险评估提供准确的数据支持，具有广泛的应用前景，在地震边坡抗震领域具有重要的科学价值和社会意义。
1.一种活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：包括振动台主台(30)、移动台(31)、第一主动箱(1)、第二主动箱(2)、断层活动模拟箱(3)、反力架(18)、应力加载组件和多角度顶推机构，第一主动箱(1)和第二主动箱(2)分别固定于振动台主台(30)和移动台(31)上，第一主动箱(1)和第二主动箱(2)之间通过断层活动模拟箱(3)连接，第一主动箱(1)顶部和第二主动箱(2)顶部均设有反力架(18)，反力架(18)上设有竖直土压加载组件，第一主动箱(1)、第二主动箱(2)上均设有水平土压加载组件，第一主动箱(1)上设有边坡土压加载组件，多角度顶推机构设于振动台主台(30)上并可通过第一主动箱(1)向断层活动模拟箱(3)施加滑动力。
2.根据权利要求1所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：第一主动箱(1)和第二主动箱(2)均包括前箱板(4)、后箱板(8)、侧箱板(5)和底板(6)，前箱板(4)、后箱板(8)和侧板均设于底板(6)上，前箱板(4)和后箱板(8)并行设于底板(6)两侧，前箱板(4)端部和后箱板(8)端部通过侧箱板(5)连接，反力架(18)两端分别与前箱板(4)、后箱板(8)顶部连接。
3.根据权利要求2所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：底板(6)顶面沿底板(6)的宽度方向开设有t型槽(10)，前箱板(4)底部和后箱板(8)底部均穿设有定位螺栓，定位螺栓的头部滑动设于t型槽(10)内，定位螺栓的螺杆上设有锁紧螺母。
4.根据权利要求2所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：竖直土压加载组件包括竖直加载油缸(19)和水平加载板(21)，竖直加载油缸(19)设于反力架(18)上，水平加载板(21)设于竖直加载油缸(19)的输出端上。
5.根据权利要求4所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：水平土压加载组件包括水平加载油缸(7)和竖直加载板(22)，水平加载油缸(7)设于前箱板(4)、后箱板(8)和侧箱板(5)上，竖直加载板(22)设于水平加载油缸(7)的输出端上。
6.根据权利要求2所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：边坡土压加载组件包括坡面加载油缸(25)、坡面加载板(17)和坡面加载梁(26)，坡面加载梁(26)固定于侧箱板(5)上，坡面加载油缸(25)设于坡面加载梁(26)上，坡面加载板(17)设于坡面加载油缸(25)的输出端上。
7.根据权利要求5所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：水平加载板(21)和竖直加载板(22)之间通过角板(23)连接，水平加载板(21)和竖直加载板(22)均由多个拼接板(27)拼接而成，相邻的两个拼接板(27)之间覆盖有胶皮(24)。
8.根据权利要求2所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：主动箱前后均设有多角度顶推机构，多角度顶推机构包括顶推油缸(20)和反力座(28)，反力座(28)设于振动台主台(30)上，反力座(28)上设有多角度孔位(29)，顶推油缸(20)的缸筒与反力座(28)上的多角度孔位(29)可拆卸连接，主动箱前后的顶推油缸(20)的活塞杆分别与前箱板(4)和后箱板(8)连接。
9.根据权利要求8所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：断层活动模拟箱(3)包括错动箱(11)、导向板(15)和夹板(16)，错动箱(11)设有两个，两个错动箱(11)分别与第一主动箱(1)中的侧箱板(5)和第二主动箱(2)中的侧箱板(5)固定连接，两个错动箱(11)之间形成断层，两个错动箱(11)相对的侧面为断层面，顶推油缸(20)可通过第一主动箱(1)带动与第一主动箱(1)连接的错动箱(11)沿着断层面滑动，导向板(15)和夹板(16)设于断层处，导向板(15)通过夹板(16)夹持于与第一主动箱(1)连接的错动箱(11)上，导向板(15)用于对错动箱(11)的滑动进行导向。
10.根据权利要求9所述的活动断层非一致激励作用的高地应力地震边坡模型试验装置，其特征在于：断层按照断层面角度分为90°断层、75°断层、60°断层、45°断层、30°断层或斜穿断层。
