[發(fā)明專利]一種樁-土試驗用自平衡式多加載路徑單向剪切箱

有效

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• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111141607B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許成順;劉開源;張小玲;杜修力;薛鈞元
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/20;G01N3/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種樁?土試驗用自平衡式多加載路徑單向剪切箱，屬于巖土工程試驗技術(shù)領(lǐng)域。該裝置的加載部分可以變換位置施加不同加載路徑下的拉、壓、推等靜力或擬靜力荷載，通過半剪切裝置可以模擬土體應(yīng)力擴散和衰減，減小邊界條件影響以達到減小模型尺寸的目的。該裝置由反力架、加載裝置、角鋼模型箱和半剪切裝置組成。模型箱用于承載樁與土，是樁?土體相互作用的主要場所。單向剪切裝置實現(xiàn)土體的單向剪切，將實驗邊界條件與實際邊界條件相統(tǒng)一，在提高試驗可靠度的同時減小了模型尺寸，減少了財力物力消耗。反力架和加載裝置用于施加荷載，有多種組合方式，加載位置和角度可調(diào)，可以實現(xiàn)多路徑加載。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木工程模型試驗領(lǐng)域，設(shè)計了一種可以近似模擬真實邊界條件的自平衡式單向剪切箱，可以在樁-土相互作用試驗中實現(xiàn)多路徑加載。

背景技術(shù)

樁-土相互作用試驗是土木工程科研的一個重要領(lǐng)域，但由于試驗對象體量一般較大從而導致加載困難，人力物力消耗大，原位實驗在絕大多數(shù)時候都難以實現(xiàn)，所以小型模型試驗成為獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的首選。

在樁-土相互作用試驗中，一般會設(shè)計一個承載容器，將試驗對象和土裝入容器后施加各種荷載進行試驗。從荷載頻率上劃分一般分為動力和靜力(包括擬靜力)試驗兩種，動力實驗典型如地震作用下的樁-土相互作用，一般使用層間剪切箱作為實驗容器，在理想狀態(tài)下可以認為樁在水平方向上處于半無限土體內(nèi)，土中剪力波與壓縮波的傳播不受到邊界條件的影響。在靜力(擬靜力)試驗中不能使用層間剪切箱，一般采用角鋼箱體，即限定土體邊界條件為剛性，這與實際條件不符，會嚴重影響樁-土相互作用發(fā)生時土體內(nèi)的應(yīng)力擴散與衰減，導致不能獲得準確的實驗結(jié)果。綜上所示，在樁-土相互作用靜力?(擬靜力)試驗中急需要一種能模擬土體邊界條件的裝置。

本發(fā)明基于樁在土體中的真實邊界情況并結(jié)合靜力(擬靜力)試驗特點，發(fā)明了一種自平衡式多加載路徑單向剪切箱，這種單向剪切箱可以模擬樁-土相互作用時土中應(yīng)力擴散與衰減現(xiàn)象，通過對箱體剪切板上施加隨作用力和速度增大而增大的反作用力和阻尼，可以實現(xiàn)靜力(擬靜力)試驗下模型邊界條件和實際邊界條件的統(tǒng)一，在增加試驗可靠度的情況下縮小模型尺寸，減小實驗消耗與試驗難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的具體內(nèi)容如下：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種自平衡式多加載路徑單向剪切箱，包括反力架、加載裝置、角鋼箱體和單向剪切裝置四個個組成部分。

進一步地，所述反力架由兩根背靠背放置的槽鋼和螺桿組成，槽鋼在三等分處預留孔洞用螺栓連接。兩根槽鋼背靠背之間預留一定距離，大小等于螺桿直徑并通過螺母與之連接。

進一步地，所述加載設(shè)備由夾具和作動器組成，夾具通過栓接將作動器固定在反力架上。夾具由薄鋼板和螺桿組成，可以根據(jù)需要調(diào)整加載裝置的位置。

進一步地，所述角鋼箱體由角鋼、亞克力側(cè)板、側(cè)向鋼加載板和鋼底板組成。角鋼通過焊接或栓接組成箱體外框，亞克力側(cè)板和鋼底板通過預留孔與箱體栓接，側(cè)向鋼加載板在填土達到預定高度后放置于角鋼箱體加載側(cè)的內(nèi)側(cè)，其外表面邊緣與角鋼翼緣內(nèi)側(cè)接觸形成限位，使側(cè)向鋼加載板只能發(fā)生向箱體內(nèi)的位移。

進一步地，所述單向剪切裝置由滑軌、剪切板、可調(diào)式復合彈簧阻尼器和角鋼反力架組成?；壯亟卿撓潴w高度等間距布置，與箱邊緣焊接。剪切板尾部側(cè)邊緣通過滑塊與滑軌連接。可調(diào)式復合彈簧阻尼器頂端與剪切板尾部緊密接觸，尾端通過夾具和螺栓與角鋼反力架連接形成整體，實現(xiàn)單向?qū)娱g剪切模擬土中應(yīng)力的擴散與衰減。

本發(fā)明的工作機理是：上述用于樁-土相互作用試驗的自平衡多加載路徑單向剪切箱由反力架對加載裝置提供反力，通過加載裝置對樁或土體施加荷載。樁與土在角鋼箱體中發(fā)生相互作用使土中產(chǎn)生應(yīng)力。土中應(yīng)力傳向并通過剪切板使可調(diào)式復合彈簧阻尼器發(fā)生彈性(靜力)或粘彈性(擬靜力)效應(yīng)，如此可以模擬土體中的應(yīng)力擴散和衰減現(xiàn)象。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：