CN102044186A

CN102044186A - 仿真地震实验平台

Info

Publication number: CN102044186A
Application number: CN2009103082229A
Authority: CN
Inventors: 袁建华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-05-04

Abstract

一种能重现地震时震中区及其附近外围地面一系列运动现象和由此产生的破坏效应的平台。它由固定转轴、叠置于固定转轴之上处于临空状态的震源块体、与震源块体相邻的空域、保持和恢复震源块体处于临空状态的牵引桩和牵引绳、堆叠于震源块体上表面的鹅卵石层、鹅卵石层上的普通地层物质层构成。按所需地表烈度设定限位桩与震源块体的距离，松开牵引绳，震源块体在地球引力作用下自然向空域侧倾倒，驱动平台地面产生地震时震中区及其附近外围地面的运动情景和烈度；通过牵引桩和牵引绳的牵引可使震源块体恢复原位，再次处于临空的平衡状态，新的仿真地震实验又可重新开始。可为抗震材料和抗震结构等的测试提供客观、准确的数据。

Description

仿真地震实验平台

所属技术领域

本发明涉及人工产生地震破坏效应的实验装置，尤其能产生抖动、颠簸、始裂缝、隆起、扇型弧运动、终裂缝、下沉等震中区地面现象的实验平台。

背景技术

目前，公知的地震实验平台由电机驱动作水平晃动，也有将水平晃动复杂化为扭动，外加各种类型的振动、波动等等，以测试建筑材料和建筑结构的抗地震性能。但是，在本人作出《震源构造地震机理》和《系列地震的预测预报预防方法》之前人们对地震破坏力性质的认识未达其本质，只晓得地震时地面会水平晃动、猜测有比水平向晃动更复杂的带扭的晃动、及各种各样的波动说等等。于是，抗震成了抗水平晃动，抗带扭的非水平晃动；地震实验平台被设计成产生水平晃动，或产生带扭的非水平晃动平台。曲解、偏离了地震对地面建筑物破坏效应的真相，致使模拟地震破坏效应的实验失真，给建筑设计提供的是不确切的数据，因此增加了抗震设计难度，提高了抗震建筑成本，降低了抗震建设效率。

发明内容

为了克服现有抗震实验平台不能重现地震震中区及其附近高烈度区的破坏效应的缺陷，本发明提供一种仿真地震实验平台，该实验平台能产生多个等级地表烈度，尤其能产生高等级的地表烈度，不仅能模拟震中区外围地面的近似水平晃动和由此产生的破坏力，而且能模拟震中区地面的抖动、颠簸、始裂缝、隆起、扇型弧运动、终裂缝、来回晃动、下沉、振动等一系列运动现象和由此产生的破坏力。本发明解决其技术问题的技术方案是：在支承震源块体的基部地层与震源块体本身的基部之间、平行于震源块体基底面的重量分布和几何双中心对称轴、稍背离空域处，设置震源块体做倾倒扇型弧运动时的固定绕行转轴；在震源块体临空侧上方两侧设置两个以上牵引桩，用至少两根钢绳通过牵引桩牵引处于临空状态的震源块体(简称临空块体)使之保持平衡；在与临空块体相对的空域侧设置限位桩，按照需要产生地表烈度的等级，限定临空块体的最大倾倒角；在临空块体的上表面及其周围同高度的紧邻地面堆叠一层鹅卵石，在鹅卵石层上方堆叠其他地层物质，密实后形成类似自然地表面的地层构造；将需要测试的建筑材料按需要测试的建筑结构建造在上述地表面上。松开牵引绳，临空块体失衡，在地球引力作用下绕轴做倾倒弧扇形运动，倒向、并撞击限位桩的过程中，平台后侧地面因块体后端的弧向翘起、擦动鹅卵石和位移幅度的不断扩大而出现抖动、颠簸、始裂缝；块体上方地面(震中区)因响应块体运动而隆起、扇形弧加速运动、震中区地面因撞击反弹而出现终裂缝、晃动、下沉；限位桩上方地层因块体前端上缘的撞击而出现横向位移、启动较浅地层的弹簧运动、出现近似水平晃动；块体后侧平台地面因块体基部的反撞击而出现较小的横向位移、启动较深地层的弹簧运动、出现较小的近似水平晃动(振动)。当临空块体的大小、形状、密度和立姿确定后，只要通过调节限位桩与临空块体之间的相对距离，即可让平台震中区地面产生不同的运动加速度——不同等级的地表烈度；从而达到准确生产制造出实验所需等级的地震地表烈度。

地表烈度与地面运动加速度a面之间的关系由附表给出；地面运动加速度a面与临空块体的最大倾倒角β倾最之间的关系如下：a面＝a+A

a＝BY/H_地(L+H_地)[(2LSd_块gLsinβ_倾最)/I](t₂-t₀)/(t₂-t₁)其中I＝(1/3)ml²

Sinβ_倾最＝aIH_地(t₂-t₁)/2BYL²Sd_块(L+H_地)(t₂-t₀)

β_倾最＝arcsinβ_倾最

a是产出裂缝后地面响应地下块体弧运动的线加速度；A是地层撕裂时出现的弹性收缩加速度；B是因为震源块体的大小、形状、密度、立姿和结构等因素引起的影响运动效率的秉赋系数；Y是震源块体周边和上方地层的结构、性状等因素综合制约运动能量向上传导的效率系数，简称上传系数，是一个恒小于一的数值；L是块体质量中心到转轴的垂直距离；H地是块体上方地层厚度；S是临空块体的上表面面积；d块是块体的平均密度；g是重力加速度；β_撕最是块体撞击限位桩时块体的最大倾角；I是转动惯量；t₂是临空块体从失衡到撞击时的时间；t₁是临空块体从失衡到撕裂地层的时间；t₀是临空块体发生失衡的时间；l是匀质临空块体从支轴至上表面的高度。

地表烈度与地面运动加速度a面对照表

地表烈度等级	地面运动加速度(cm/s²)	地面运动速度(cm/s)
			V	3(2-4)	30(20-39)
VI	6(5-9)	60(40-89)
			VII	12(10-18)	120(90-179)
VIII	24(19-36)	240(180-359)
			IX	48(37-72)	480(360-719)
X	96(73-144)	960(720-1439)
			XI	192(145-288)	1920(1440-2879)
XII	384(289-576)	3640(2880-5759)

[0011] 本发明的有益效果是模拟了真实地震震源构造和震源块体的运动全过程，重现震中区及其附近外围高烈度区地表的破坏效应，利用的是地球引力，无能源消耗和污染排放，结构简单。靠山而造，节省、安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1.是本发明的结构原理图。

图2.是仿真地震平台一个实施例的纵剖面构造图。

图3.是仿真地震平台另一个实施例的结构图。

图4.是仿真地震平台另一个实施例的纵剖面构造图。

图5.是防震地震平台又一个实施例的结构图。

图中：1固定转轴，2震源块体，3空域，4限位桩，5鹅卵石层，6普通地层物质层，7牵引桩，8平台，9牵引绳，10受试建筑物，11山体，12道路。

具体实施方式

在图1.所示的实施例中，处于临空状态的震源块体2基部携带的半圆柱状固定转轴1叠置在固定于地面的轴瓦上，牵引绳9通过牵引桩7使其保持平衡，鹅卵石层5铺在临空块体的上表面，普通地层物质层6铺在鹅卵石层5上，自然密实后的地面就成了仿真地震平台8。实验前先设定限位桩4的位置，实验开始时松开牵引绳9，临空块体2自然向空域3侧倾倒、撞击在限位桩4上，平台8中的震源块体2和空域3的倒投影区域将会出现地震时震中区地面的运动情景和由此产生的破坏效应，平台8的其它区域将会出现地震时外围高烈度区地面的运动情景和由此产生的破坏效应，平台8将产生预定等级的震中区及其附近地表烈度分布。通过牵引绳9的牵引可使震源块体2回复原位而再次成为临空块体。可如此多次重复，进行抗震实验。

在图3所示的实施例中，将仿真地震平台建设在靠山的位置，利用山体11的地形和道路12可节省铺设鹅卵石层5、普通地层物质层6和设置限位桩4的成本；本实施例的限位桩4与临空块体2的相对位置可以根据需要灵活调整，调整时仅需在限位桩4最上位处更换上合适的限位石块便可。

在图3.图4.所示的实施例中，临空块体2基底安装转轴1的轴瓦，基底地层安装半圆柱形转轴；限位桩4是可以根据需要方便更换的块体。

在图5。所示的实施例中临空块体是多个相对独立的分块体的聚合体。每一个分块体各有两个以上(包括两个)牵引桩。可以通过控制牵引绳，让各个分块体在一定时间(如90秒内)差时失衡、倾倒、撞向限位桩。仿造出复杂震源构造产生的系列地震主震发生时造成的地表烈度和烈度分布。

Claims

1.一种仿真地震实验平台，其特征是：在靠山的普通地层下面是鹅卵石层、鹅卵石层下方的一侧是叠置于一固定转轴之上的临空块体；另一侧设置有限位桩，限位桩与临空块体之间及临空块体的限位桩侧基部下方是足够大的空域；每一个临空块体的空域侧上方有至少两个与临空块体牢固相连的牵引桩。根据需要的地表烈度等级设定限位桩位置，放松牵引绳，临空块体失衡成为震源块体，倾倒、撞击限位桩，平台地面因此产生地震时震中区及其外围地面的运动情景和由此而来的破坏效应，形成震中区及其附近外围地表的烈度分布；收紧牵引绳，可使震源块体恢复到倾倒前的原平衡状态，为后续再次实验作准备。

2.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：固定转轴设置在临空块体底面与承重和几何两中心对称轴平行，稍偏向背离空域侧位置，由半圆柱形转轴和小半圆形轴瓦两部分组成，固定转轴的一半固定在临空块体的基底部，另一半固定在承载块体的基础地层上。

3.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：临空块体是一个相对独立的高密度匀质块体，靠联结在牵引桩上的牵引绳的牵引力保持静止平衡状态。震源块体倾倒后需要牵引力恢复至原平衡状态。

4.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：空域足够大，当临空块体撞击限位桩时，从安装固定转轴部件及其基底地层至限位桩受撞面均呈空域状态，没有其它物体阻挡震源块体运动。

5.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：空域侧设置限位桩以限定临空块体的最大倾倒角，限位桩的上表面与撞击发生时块体的上表面持平。最大倾倒角β_倾最＝arcsinβ_倾最。限位桩可以是整体结构的刚体、或非整体结构的刚体、或非刚体构造。

6.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：在临空块体上表面及其周围同高度地层堆叠一层鹅卵石层，临空块体与限位桩之间以板式岩石架支代替，鹅卵石层厚度不小于三块平均大小鹅卵石连叠的高度。

7.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：在鹅卵石层的上方堆叠普通地层物质，厚度大于待测建筑物地基挖深的两倍。

8.根据权利要求3所述的临空块体是一个相对独立的高密度匀质混合块体，靠联结在牵引桩上的牵引绳的牵引力保持静止平衡状态，其特征是：临空块体可以是单一块体，也可以是由一个以上相对独立的块体组成的聚合体。

9.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：每一个相对独立的临空块体靠空域侧的上缘至少设置有两个以上牵引桩，牵引桩与所在块体牢固相连，以便块体保持静止平衡，及其倾倒后能被牵引回复原位。

10.根据权利要求1所述的一种仿真地震实验平台，其特征是：靠山而建，利用山体地层做震中区外围基础地层和铺设鹅卵石层、普通地层物质层的支架。普通地层物质层自然密实后即成为可重现破坏性地震发生时震中区及其附近地面运动情景和由此产生的地表烈度的实验平台。