[發明專利]可用于研究循環移動荷載作用下地基力學行為的試驗系統

有效

• 申請號: 201711269332.X
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108195684B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 錢建固;戴浴晨;王其偉;黃茂松
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/36
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

本發明涉及一種可用于研究循環移動荷載作用下地基力學行為的試驗系統,包括：剛性模型箱、反力架、基礎模擬子系統、靜?動耦合荷載加載子系統、圖像采集子系統和數據控制與采集子系統，與現有技術相比，本發明系統可以在試驗前先借助輔助鋼板施加前期固結壓力，土體沉降穩定后對土體施加一個較小豎向荷載(或相同大小豎向荷載)，待土體變形穩定，此過程可以得到不同深度具有不同OCR的地基土體，設置三個獨立控制的電液伺服作動器存在一定的相位差，以模擬荷載的移動性，可以實現地基土體單元主應力軸旋轉這一要求。并通過改變循環荷載的頻率，實現模擬不同速度移動荷載的施加。

技術領域

本發明涉及一種研究地基力學行為的試驗系統，尤其是涉及一種可用于研究循環移動荷載作用下地基力學行為的試驗系統。

背景技術

隨著社會經濟的發展和城市化進程的加快，各種基礎設施得以廣泛建設，同時也帶來了目前理論無法解決的巖土工程問題。其中地基土體、路基土體在循環移動荷載作用下的變形問題一直受到工程和研究人員的重視，包括波浪荷載、交通荷載作用下基礎的長期變形穩定問題，地震及振動荷載引起的土體液化問題等。對于這些復雜巖土工程問題，目前主要通過試驗進行研究，以指導工程建設。

地基土是典型的各向異性天然材料，其變形特性除了取決于應力主值大小，還很大程度上依賴于現場的應力主方向，而不同的巖土工程背景由于作用于地基基礎的外荷載性質(加載方向及頻率)不同，地基土將經歷不同的偏應力路徑。圖1為兩種典型的動載作用方式，其中圖1(a)表示車輛荷載，即車輛由位置a移動到b在移動到c過程中，地基中土單元主應力方向分別將由a方向轉為b方向再轉為c方向。因此。對于土單元來說，a、b、c位置作用動載實際上存在特定的時間差，時間差與移動速度有關，試驗模擬需借助存在相位差的三個等周期動載；相比較圖1(b)可表示固定振動荷載。在振動過程中，a、b、c位置三個動載分別獨立作用于土單元，且無相位差，即無移動效應。試驗模擬，a、b、c位置分別施加相位相同的等周期動載即可，此時土單元應力主軸方向始終不變，此時與傳統模型試驗加載模式一致。

此外，由于人類活動、地基加固或地層剝蝕等因素，地基淺層土通常靜力過加卸載的應力歷史，這類土與正常沉積固結土力學性質有著顯著不同，力學性能得到改善。室內試驗模擬采用傳統的自重固結土體模擬這類土體將大大低估地基的動力強度，與此同時，不同深度地基土應力歷史水平(OCR)不同。因此，室內試驗模擬必須考慮現場土體這種超固結力學效應。

與室內模型試驗相比，現場試驗耗費巨大，操作復雜，尤其是具有工程差異性，在試驗過程中很難得到不同埋深與不同應力歷史的土體作為研究對象，其試驗結果不能科學地指導其他工程應用，因此，利用物理模型試驗對循環交通荷載下超固結地基安定狀態及長期變形特性的研究具有重要的工程應用價值。長期往復交通動載下，超固結地基應力主軸方向與大小發生耦合變化，這一復雜動載下地基的變形規律及其所依賴的力學機理在理論上存在諸多難題，導致運營期的沉降預測理論尚不完善，計算精度低，而傳統的模型試驗只能實現荷載的循環加載，無法模擬荷載的移動性，不能滿足工程需要。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可用于研究循環移動荷載作用下地基力學行為的試驗系統，綜合考慮地基土埋深、應力歷史以及循環荷載幅值、速度數目對地基土變形的影響，從而更有效地指導軟土地基的工程設計。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種可用于研究循環移動荷載作用下地基力學行為的試驗系統，包括：

剛性模型箱，用于裝載土體并設有透明觀察部位；

反力架，與剛性模型箱連接并固定在地面上，用于提供水平承載力和豎向承載力；

基礎模擬子系統，鋪設在土體上部；