[發明專利]一種測試隔振屏障場地隔振效應的三維模型土箱、系統及方法

在審

• 申請號: 202110352997.7
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112924125A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 劉必燈;宋瑞祥;鄔玉斌;馮偉棟;王興國
• 申請（專利權）人: 北京市勞動保護科學研究所;安徽省地震工程研究院;河南理工大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京華旭智信知識產權代理事務所(普通合伙) 11583
• 代理人: 李麗

本發明公開一種測試隔振屏障場地隔振效應的三維模型土箱、系統，及方法，三維模型土箱包括外模型箱(10)、內剪切箱(20)及鋼彈簧支座(30)；內剪切箱(20)包括層疊的多個圍護框架(21)及多個箱底條形托條(23)，各圍護框架之間由多個摩擦擺串聯鋼彈簧三維限位支座(22)連接，箱底條形托條(23)作為內剪切箱(20)的底部且不與圍護框架(21)連接，鋼彈簧支座(30)連接在外模型箱(10)與箱底條形托條(23)之間以及在外模型箱(10)與最底層的圍護框架之間。所述系統包括振動臺(40)及三維模型土箱，振動臺通過剛性連接的錘頭(42)及加載板(43)與三維模型土箱接觸，并為三維模型土箱施加振動。

技術領域

本發明涉及振動控制技術領域，更具體涉及一種測試隔振屏障場地隔振效應的三維模型土箱、系統及方法。

背景技術

軌道交通(如地鐵或輕軌)及鐵路通過引起的周圍巖土體振動往往會引起周圍建筑物的振動甚至破壞，從而影響居住在周圍的居民身體健康。如何評價以線狀振源為主的鐵路列車通過引起的周圍巖土體振動是多年以來環境振動評價及治理的重要技術問題。一般可以通過在列車振源和被保護建筑物之間的巖土體中設置空溝、填充溝等隔振屏障起到降低列車運行對周圍建筑物振動的影響。但是，如何準確高效的評價隔振屏障的隔振機理及隔振效果，是隔振屏障設計并實施落地的重要條件。

現有技術中，設計實施過程中開展必要的物理實驗和數值模擬是較為常見的選擇。物理實驗分為現場原位試驗、空地試驗場模擬試驗、實驗室縮尺模型土箱試驗?，F場原位試驗是最可靠的實驗手段，但受制于試驗造價和施工條件，往往較難實施；空地試驗場模擬試驗常常采用敲擊落錘等手段模擬列車通過振源，試驗中由于很難模擬列車通過的實際振源振動，往往不利于測試實際列車通過時振動的效果。能否發展一種結合″現場原位試驗中的實測振源″與″空地試驗場模擬試驗中成本可控和可實施性強″優點的測試系統是亟待突破的隔振屏障場地隔振效應試驗的技術瓶頸。

模型土箱試驗手段的原理和不足如下：實際的地基土是連續的，土體小變形范圍內可以將地基土模型簡化為水平方向無限延伸的彈性半空間，但是除非原位試驗，實驗室均只能截取有限地基土開展實驗(即實驗室中均是用有限體積的土箱里所裝模型土來替代實際無限域的地基)，從無限延伸的彈性半空間截取有限地基土裝入普通模型箱開展實驗勢必會引入邊界效應。這是因為模型箱內土體在外荷載激勵下，土體中的波動能量到達模型箱側邊界或底邊界后容易導致波動反射和折射，從而對無限空間土體模擬產生較大誤差。但是已有研究表明，通過水平多層剪切箱可以近似模擬水平方向無窮遠輻射條件。剪切模型箱能夠近似模擬水平方向波動能量無窮遠輻射條件的原理是地基土可以水平成層發生相對運動，從而消耗振動能量，盡量減少邊界處波動反射效應。為了消除豎向振動下的底板反射效應，現有技術也采用了支座懸吊等方式，以模擬其豎向波動能量無窮遠輻射條件。但是現有剪切箱試驗裝置有如下不足：

(1)現有剪切箱圍護組件連接機構要么是單向運動導軌或導槽、要么是兩個正交的導軌和導槽，對運動方向有較強的限制作用，而且如果多層剪切箱圍護組件運動方向不一致或者垂直，則很難協調導軌或導槽連接機構的運動。

(2)現有常見技術中剪切箱圍護組件連接機構的豎向振動釋放機構較少與水平運動釋放機構完全解耦，水平運動和豎向運動常常有連帶效應，實際振動過程中水平運動和豎向運動會發生干涉。

(3)提供豎向變形的鋼彈簧支座無法保證在有水平振動時不發生水平變形，這主要是因為豎向鋼彈簧支座無水平限位裝置、且沒有為其消化水平運動分量的機構。

因此，需要新的技術和設備，以至少部分消除現有技術中存在的問題。

發明內容

根據本發明的一方面，提供一種測試隔振屏障場地隔振效應的三維模型土箱，包括：外模型箱(10)、內剪切箱(20)以及鋼彈簧支座(30)；