[實用新型]一種考慮土體應力的水平地震剪切波模擬裝置

有效

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• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN207036381U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設計）人: 彭佳明;蔡奇鵬;馬宏偉;陳星欣;董寒雨;陳榮淋;蘇世灼
• 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(chuàng)君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本實用新型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，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(xiàn)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(shù)的監(jiān)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(xiàn)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。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)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，能實現(xiàn)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(xiàn)。

本實用新型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(tǒng)、水平剪切模擬系統(tǒng)和豎向加載系統(tǒng)；所述水平剪切模擬系統(tǒng)放置于基座系統(tǒng)之上，并一起放置于豎向加載系統(tǒng)構成的回字形加載框內；所述基座系統(tǒng)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(tǒng)包括U形剪切框、頂部帶槽加載桿件和激發(fā)油缸；所述豎向加載系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)，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(tǒng)下方用于承受基座系統(tǒng)傳遞下來的豎向荷載。

優(yōu)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(yōu)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(fā)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(yōu)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。

優(yōu)選的，所述鋸齒狀底座下部平整上部帶鋸齒形槽，用于限定底部滾珠組件的滾動方向；所述底部帶槽桿上部平整下部帶V形槽，所述底部滾珠組件位于所述底部帶槽桿的V形槽和鋸齒狀底座的鋸齒形槽之間，用于確保U形剪切框和鋸齒狀底座之間的相對移動，并減小水平相對移動時受到的摩擦力；在U形剪切框受激發(fā)油缸帶動下進行蛇形運動的過程中，所述鋸齒狀底座靜止不動。

優(yōu)選的，所述頂部帶槽加載桿件下部平整上部帶V形槽，用于將豎向荷載均勻施加于U 形剪切框內模型土體；所述頂部鋸齒狀加載板上部平整下部帶鋸齒形槽，用于承載豎向油缸集中作用力，并把力均勻傳遞到每個U形剪切框內的土體，限制了下方剪切框只能在水平方向進行移動；所述頂部滾珠組件位于所述頂部帶槽加載桿件的V形槽和頂部鋸齒狀加載板的鋸齒形槽之間，用于確保U形剪切框和頂部鋸齒狀加載板之間的相對移動，并減小水平相對移動時受到的摩擦力；在U形剪切框受激發(fā)油缸帶動下進行蛇形運動的過程中，所述頂部鋸齒狀加載板靜止不動。