[發明專利]一種考慮土體應力的水平地震剪切波模擬裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201710514802.8
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107219049B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 蔡奇鵬;彭佳明;馬宏偉;陳星欣;陳榮淋;蘇世灼;董寒雨
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明公開了一種考慮土體應力的水平地震剪切波模擬裝置及實驗方法，其中裝置包括：基座系統、水平剪切模擬系統和豎向加載系統；所述水平剪切模擬系統放置于基座系統之上，并一起放置于豎向加載系統構成的回字形加載框內；所述水平剪切模擬系統包括若干相互牽引的U形剪切框，所述U形剪切框沿著剪切波的傳遞方向依次緊密排列，所述U形剪切框組合構成的空間內放置模型土體；所述豎向加載系統將豎向荷載均勻施加于所述模型土體；所述U形剪切框在水平剪切模擬系統產生的推力作用下沿水平方向做蛇形運動，模擬水平剪切波。本發明的裝置和方法可用于模擬地震剪切波作用下土體及地下結構物破壞的模型實驗研究。

技術領域

本發明涉及土工模型實驗技術，具體是指一種考慮土體應力的水平地震剪切波模擬裝置及實驗方法，用于模擬水平地震剪切波對土體或地下結構物破壞。

背景技術

在土工抗震領域，水平地震剪切波引起土體及地下結構物破壞是重要的研究課題。特別是針對隧道這類長線形地下結構物的失效破壞機理，缺乏有效的物理模擬實驗方法和實驗設備。而災后現場的調查又難以全面掌握地質條件信息以及地下結構物的邊界條件，更難以在地震來臨之前預埋傳感器進行關鍵參數的監測。當針對該問題展開縮尺模型試驗研究時，如何充分考慮土體應力水平對其動力特性響應成為問題研究的關鍵。因此，如何在縮尺模型實驗中實現地震剪切波引起土體及地下結構物破壞的有效模擬，并充分考慮土體應力水平對動力特性響應的影響，成為相關土工抗震研究的技術重點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種考慮土體應力的水平地震剪切波模擬裝置及實驗方法，能實現土體應力水平的模擬，并能夠模擬地震剪切波對土體或地下結構物剪切破壞，充分考慮土體動力響應的應力水平相關特性，且原理明確、構筑簡單，實驗操作易于實現。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種考慮土體應力的水平地震剪切波模擬裝置，包括基座系統、水平剪切模擬系統和豎向加載系統；所述水平剪切模擬系統放置于基座系統之上，并一起放置于豎向加載系統構成的回字形加載框內；所述基座系統包括底部滾珠組件、側墻和鋸齒狀底座；所述水平剪切模擬系統包括U形剪切框、頂部帶槽加載桿件和激發油缸；所述豎向加載系統包括頂部工字反力梁、錨桿、底部工字反力梁、豎向油缸、頂部鋸齒狀加載板和頂部滾珠組件；

若干所述U形剪切框依次緊密排列，共同組合構成的空間內用于放置模型土體；所述激發油缸推動始端U形剪切框沿剪切波振動方向做水平往復運動，并通過銷和槽之間的相互牽引帶動相鄰U形剪切框，引起U形剪切框在水平方向做蛇形運動，模擬水平剪切波；所述U形剪切框下方設置有底部帶槽桿，所述底部滾珠組件位于所述底部帶槽桿和鋸齒狀底座之間；所述頂部帶槽加載桿件可拆裝地放置于U形剪切框上方；所述側墻沿剪切波傳遞方向固定于鋸齒狀底座兩側；所述頂部工字反力梁、錨桿和底部工字反力梁共同構成反力系統，所述頂部工字反力梁、豎向油缸、頂部鋸齒狀加載板、頂部滾珠組件和頂部帶槽加載桿件由上至下依次架設，用于將豎向荷載傳遞至U形剪切框內的模型土體；所述頂部工字反力梁與所述豎向油缸連接用于固定豎向油缸并提供豎向反力；所述頂部工字反力梁與底部工字反力梁通過錨桿相連，構成回字型加載框；所述頂部鋸齒狀加載板與所述豎向油缸連接用于承載豎向油缸集中作用力；所述頂部滾珠組件位于頂部帶槽加載桿件和頂部鋸齒狀加載板之間；所述底部工字反力梁設置于所述基座系統下方用于承受基座系統傳遞下來的豎向荷載。

優選的，所述U形剪切框由長500mm，高300mm，厚20mm的鋁片構成，兩側設有三角形支撐桿，用于限制U形剪切框在高壓力下的側向變形。

優選的，中間U形剪切框的底部帶槽桿兩側分別設有矩形凹槽和矩形凸起插銷；始端U形剪切框的底部帶槽桿一側設置矩形凸起插銷另一側不設置矩形凹槽并通過連接裝置與激發油缸連接，末端U形剪切框的底部帶槽桿一側設置矩形凹槽另一側不設置矩形凸起插銷；所述矩形凹槽尺寸比矩形凸起插銷尺寸大。

優選的，始端U形剪切框和末端U形剪切框外側都通過金屬板封閉。