CN102183194A - 用于地下结构振动台试验的土体内部水平位移测试技术 - Google Patents

Abstract

本发明提出了用于地下结构振动台试验的土体内部水平位移测试技术，属于土木工程技术领域，所述的磁实套管位移计包括：PVC套管(2)、磁性切割环(3)及连线式磁性探头(4)；PVC套管(2)两端开口，磁性切割环(3)为圆环性磁环，套与PVC套管(2)外侧，磁性探头(4)为圆柱形，一端安装拉线(5)，另一端连接测量软尺(1)，自由安放与PVC套管(2)内部一端。其用于土体内部水平位移场的测试技术包括：土体水平静位移场测取技术和水平位移动态变化测取技术。该发明具有结构简单，成本低，可靠性高，易于实施和围护的特点，可望在其他类似试验或工程土体内部水平位移场的测试中得到推广。

Description

用于地下结构振动台试验的土体内部水平位移测试技术

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种磁式套管位移计及其用于土体内部水平位移场的测试技术。

背景技术

近年来的地震灾害表明，地铁等地下结构的破坏很大一部分是因地基产生过大变形引起的倾覆和开裂，或因差异沉降引起的裂缝而影响工程结构的正常使用，即土体的大变形引起的地下结构的破坏。从国内外抗震设计方法的发展可以看出，地下结构的抗震设计指导思想，已从传统的强度判别逐步发展到变形控制的设计原则(反应位移法)，土体变形分析越来越受到重视，但由于地震荷载以及土变形的复杂性，地震作用下土的变形理论目前很不成熟，抗震设计中的土层位移均基于假设，因此对土层在地震条件下的位移分布的测试显得尤其重要，其中振动台试验是测取土体变形的重要手段之一。

但由于测量技术的相对滞后，在土的动力试验中，尤其是在地下结构的大型振动台试验中，土的位移场的测试一直是亟待解决的问题，尤其土体内部的水平位移，以及土体水平位移的动态变化过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低，可靠性高，且用于地下结构振动台试验中土体水平位移测试技术。克服上述的不足，解决振动条件下土体内部剪切变形的测量问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

磁式套管位移计，包括：PVC套管2、磁性切割环3及连线式磁性探头4；PVC套管2两端开口，磁性切割环3为圆环性磁环，套与PVC套管2外侧，磁性探头4为圆柱形，一端安装拉线5，另一端连接测量软尺1，自由安放与PVC套管内部一端。

所述PVC套管2上布置数个磁性切割环3。

所述磁式套管位移计沿振动台模型箱的某正剖面的不同高度分层布设。

所述磁式套管位移计用于土体内部水平位移场的测试技术时，将磁式套管位移计水平方向埋置在土层中，与土体在振动过程中共同发生水平运动；包括土体水平静位移场测取技术和水平位移动态变化测取技术。

(1)土体水平静位移场测取技术：设计磁式套管位移计布置方式和测试步骤，测取模型土体各剖面的水平位移分布。将磁式套管位移计沿振动台模型箱的某正剖面的不同高度布设，每个PVC管2上布置数个磁性切割环3，磁环埋置在土层中，可随土体在水平方向上发生运动，并在PVC管内部产生感应磁场。并考虑经济的合理性，连线式磁性探头4仅做一个。测试时，由拉线5从PVC套管另一端慢慢拉移探头，当探头切割磁环产生的磁场时，探头感应发声，记录测量软尺6的刻度，从而得到各个磁环的水平位移，即得到土的水平位移。在振动试验前逐个测取磁环的位置，在振动完成后，重复测取各个磁环的位置。计算磁环两次位置差值，得 到各个磁环所对应的土体水平位移，从而得到模型剖面的整个土体水平位移场。

(2)水平位移动态变化测取技术：设计磁式套管位移计布置方式和测试步骤，测取模型土体各剖面的水平位移的动态变化过程。在磁式套管位移计安装完成后，在振动台试验进行过程中，将测试频率到研究可接受范围，分时段测取各剖面各位置磁环在不同时刻的位置变化，经过简单的数据处理，即可得出土体水平位移的动态变化过程。

本发明具有以下有益效果及优点：测试系统经济性好、操作简单。在土或地下结构的振动台试验中，可以同时测取土体内部各部位的水平位移值，同时可以通过间断输入地震动的方式，测取土的内部水平位移的动态变化过程，从而测取在整个地震动过程中，不同土层在任意时刻的水平动位移场的分布情况。测试精度达到0.1mm，满足振动台试验和抗震设计研究的需要。

附图说明

图1至图5为用于地下结构振动台试验土体内部水平位移场测试系统的一个实施例的结构示意图，此实施例可用于土体内部任意位置的水平位移测量，其中：

图1为磁式套管位移计样图；

图2为拉线式探头结构示意图；

图3为磁式套管位移计结构示意图；

图4为磁式套管位移计正剖面图；

图5为水平位移场测试系统布置结构示意图。

图中，1、测量软尺，2、PVC套管，3、磁性切割环，4、磁性探头，5、拉线，6、模型箱，7、振动台。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例进一步说明本发明。

实施1：磁式套管位移计。选用外径53mm、内径48mm的PVC管2，保持两端通透，根据振动台试验中模型箱的尺寸，选择PVC管长度，并要求长度大于模型箱的最大横截面尺寸；磁性切割环3为圆环形，内经54mm，外径74mm，壁厚5mm，套在PVC管外侧，间距为500mm；磁性探头4为圆柱形+圆锥形结构，磁头顶部连接直径为1.2mm的钢丝5，尾部连接测量软尺6，测量精度为0.1mm，测量软尺连接感应发声器，总体布置效果图如图1所示。

实施2：土体内部水平位移场的测试方法。在振动台试验中，填土达到一定高度后，将PVC管2从模型箱6一端穿过，安装磁性切割环3，然后由模型箱6的另一端穿过，保持PVC管2的两端通透，然后继续填土将磁环3掩埋。此时，磁环3在PVC管2内部形成磁场，并随着土体在水平方向上一起运动。依照此方法，在模型箱剖面布设数组磁式套管位移计，如图5所示。测量时，将磁性探头4，由拉线5牵引，从PVC管2内部的一端缓慢移动到另一端。在探头移动过程中，必然切割磁环3形成的磁场，在接收系统的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读写出测量软尺1在管口处的尺寸。以此方式，逐个切割磁感线，记录各磁环的初始位置。振动结束后，按上述方法进程测读，并记录各磁环3振动后的位置，通过计算其与原始位置的差值， 得出磁环的水平移动方向和大小，从而得到整个土体内部的水平位移场。位移计布设数目越多，得到的水平位移场约精确。

实施3：水平位移动态变化测取方法。位移计均埋设完毕后，用上述介绍的进程测读法记录各磁环的原始位置。随着振动台试验的开展，提高土水平位移场的测试频率。在地下结构振动台试验中，往往会按照不同工况分别进行振动测试，且在每次测试时会停止振动，土位移的水平测试可在工况间进行，这样即提高的测试频率，同时不会影响工作效率。将各测试结果按时间的先后顺序整理，即可得到土体内部水平位移的动态变化过程。

Claims (4)

1.磁式套管位移计，包括：PVC套管(2)、磁性切割环(3)及连线式磁性探头(4)；其特征在于：PVC套管(2)两端开口，磁性切割环(3)为圆环性磁环，套与PVC套管(2)外侧，磁性探头(4)为圆柱形，一端安装拉线(5)，另一端连接测量软尺(1)，自由安放与PVC套管(2)内部一端。

2.根据权利要求1所述的磁式套管位移计，其特征在于：所述PVC套管(2)上布置数个磁性切割环(3)。

3.根据权利要求1所述的磁式套管位移计，其特征在于：所述磁式套管位移计沿振动台模型箱的某正剖面的不同高度分层布设。

4.磁式套管位移计用于土体内部水平位移场的测试技术，其特征在于：将磁式套管位移计水平方向埋置在土层中，与土体在振动过程中共同发生水平运动；包括土体水平静位移场测取技术和水平位移动态变化测取技术：

(1)土体水平静位移场测取技术：将磁式套管位移计沿振动台模型箱的某正剖面的不同高度布设，磁性切割环(3)埋置在土层中，可随土体在水平方向上发生运动，并在PVC管内部产生感应磁场。测试时，由拉线(5)从PVC套管另一端慢慢拉移探头，当探头切割磁环产生的磁场时，探头感应发声，记录测量软尺(6)的刻度，从而得到各个磁环的水平位移，即得到土的水平位移；在振动试验前逐个测取磁环的位置，在振动完成后，重复测取各个磁环的位置。计算磁环两次位置差值，得到各个磁环所对应的土体水平位移，从而得到模型剖面的整个土体水平位移场。

(2)水平位移动态变化测取技术：在磁式套管位移计安装完成后，在振动台试验进行过程中，将测试频率到研究可接受范围，分时段测取各剖面各位置磁环在不同时刻的位置变化，即可得出土体水平位移的动态变化过程。

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