[實用新型]一種模擬動靜荷的試驗裝置

無效

• 申請號: 200920085032.0
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN201392292Y
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 孟慶山;胡明鑒;汪稔;孔令偉;楊超;徐東生
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/08;G01B7/02;G01L9/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本實用新型涉及巖土工程室內模型試驗技術，尤其涉及一種模擬動靜荷的試驗裝置。

背景技術

動、靜荷載在地基變形和結構物穩定性分析中經常存在，例如：重力荷載、地震荷載、風荷載和爆炸對高層建筑的作用，動水壓力對大壩的作用，海浪對海岸和海上采油平臺的沖擊，車輛對道路運營的影響等。土和結構物在動、靜力荷載作用下其特性發生了很大的改變，因此對土與結構物在動、靜力荷載作用下特性的研究是涉及巖土工程領域重要的工作。目前關于土與結構物對動、靜態荷載響應特性方面的研究還不多。

按動荷載持時間及其與時間的關系可分為循環荷載(周期荷載)、沖擊荷載與不規則荷載三種：循環荷載是指以同一振幅和周期往復循環作用的荷載(如一般波浪荷載及機械振動等)；沖擊荷載是強度很大、持時很短的荷載；不規則荷載是隨時間沒有規律變化的荷載(如地震荷載)。試驗研究中，基本上將不規則荷載按照循環荷載或沖擊荷載來模擬。

動荷載作用下，土與結構的力學行為與靜態下存在較大的差異。早期，歐洲采用加載率(或應力率)，美國采用應變率進行衡量；目前基本統一用應變率來反映土與結構動態力學行為的變化規律。近年來，為了得到土以及構筑物的動態力學參數，國內外研究者做了許多相關試驗，但結果相差較大。造成這種差異的原因是多方面的，但最主要是采用的試驗方法和使用的試驗儀器不同所致。為此，應清楚地了解各種試驗方法和儀器的試驗原理及適用范圍。

上世紀70年代出現的電液伺服試驗機能夠很好地進行脆性材料單軸和三軸試驗，并且能夠測定其軸向荷載、軸向變形、橫向變形和體積變形等的全過程曲線；常用的設備有美國MTS和英國INSTRON電液伺服試驗系統等。研究者先后進行了動荷載下混凝土強度變形特性與動態受拉試驗，以及采用大型靜、動三軸電液伺服試驗系統，對各種應力比下的三向拉、壓和拉壓聯合作用的靜動態試驗，分析循環荷載下混凝土疲勞性能、沖擊荷載下混凝土的動態性能及動態強度。

目前在場地地震反應分析、土工構筑物的地震穩定性評價、土-樁-結構體系的動力相互作用分析和近海場地地震穩定性評價中，長期以來人們從不同的角度和方法去認識并測定土的動力特性以及動力學參數；一般采用振動臺、共振柱、動扭剪儀、動三軸儀、或循環單剪儀試驗測定。共振柱試驗的試驗應變較小，可為地面動力反應分析提供小應變時的指標；動扭剪儀可模擬現場應力條件，是測定動力指標較為理想的儀器，然而該儀器結構復雜，操作困難，僅能做擾動土。動三軸試驗可直接測定較大應變范圍的阻尼比，試驗時能夠方便施加各種應力以適應工程實際，是室內試驗中被最廣泛使用的試驗方法；循環單剪儀可以直接測定較大應變范圍的阻尼比，能最直接地重現現場土層承受強震條件的情況。由于各種試驗儀器設備、試驗方法、數據處理方法等都不盡相同，國內規程、規范都有較大差別。

除了室內試驗研究外，數值分析為土的動、靜力特性研究提供了有效手段，運用大型有限元軟件ANSYS、有限差分法FLAC^3D、離散元、邊界元等方法對車輛動荷載作用下黃土暗穴對路基穩定性進行了動力響應分析，系統研究動荷載振幅、頻率以及工程因素對豎向排列地下硐室群穩定性的影響，以及荷載的動力學效應和路面結構的動、靜荷載作用響應等。

基于目前動靜荷載條件下巖土體與構筑物的動態響應監測的特點，研究適用于模擬多種動荷載條件下巖土體變形、應力的監測方法及其裝置，對于工程設計優化、破壞機理分析、穩定性評價和預測具有重要的工程應用價值。

發明內容

本實用新型的目的就是為了克服現有技術單純依賴室內動三軸、振動臺、共振柱等的缺點和不足，提供一種模擬動靜荷的試驗裝置。

本實用新型的目的是這樣實現的：

本實用新型包括模型試驗平臺、模型試驗箱、荷載傳遞杠桿、靜荷載系統、動荷載系統、動態信號測試系統、數據采集系統和計算機；

模型試驗平臺、模型試驗箱、荷載傳遞杠桿依次連接；

荷載傳遞杠桿分別與靜荷載系統、動荷載系統連接；

靜荷載系統、動荷載系統分別與動態信號測試系統連接；

動態信號測試系統、數據采集系統和計算機依次連接。

本實用新型的工作原理：

通過靜荷載系統對模型箱內巖土體與結構物模型施加靜力荷載，利用計算機、功率放大器和激振器模擬車輛、波浪、風、地震、沖擊等對巖土體與結構物模型施加不同形式動荷載，通過對布置于其中的位移、孔隙水壓力和土壓力傳感器的動態監測，確定巖土體與結構物模型對不同荷載的動態響應特征。