CN104034654A - 一种可变倾角的土工合成材料界面振动台模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种可变倾角的土工合成材料界面振动台模型试验装置。由底板、铰链支座、上下加肋板、支撑柱、横纵向梁、薄型油缸、固定尺、固定旋钮、测试滑块、上下测试土工合成材料、油压控制系统组成。铰链支座焊接在底板上，支撑柱、下肋板、横纵向梁固定构成框架，用油压控制系统控制的薄型油缸上下分别与纵向梁、上加肋板固定，上下测试土工合成材料分别贴附在上下加肋板的内侧表面，夹持测试滑块形成双摩擦界面，调节固定尺上的固定旋钮位置可以改变倾斜角度。本发明需要固定在振动台上进行试验，测量不同倾角下土工合成材料界面在地震波作用下的动摩擦特性和滑块的动-静摩擦运动规律。

Description

一种可变倾角的土工合成材料界面振动台模型试验装置

技术领域

本发明属岩土工程和地震工程技术领域，具体涉及一种可变倾角的土工合成材料界面振动台模型试验装置。

背景技术

土工合成材料是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料的工业制成品，土工合成材料被广泛应用于垃圾填埋场及低矮建筑物基础底部，作为衬垫系统，起到隔离污染物泄漏的作用，在地震灾害发生时，土工合成材料复合衬垫系统会起到复杂的隔震作用。在实际工程中土工合成材料衬垫界面不可能绝对水平，必然存在一定倾角，而且土工合成材料的剪切强度普遍较低，在地震动力作用下沿着复合衬垫界面往往发生复杂的相对摩擦运动，这个过程伴随着静摩擦和动摩擦两种摩擦状态的不断转变，目前尚不能用理论解释或数值方法模拟这种现象，需要进行试验研究，研究这一机理的实验装置的研制尚不充分。基于能够模拟地震振动的振动台试验平台，通过设计有倾角的界面摩擦试验装置，可以使这方面研究顺利进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变倾角的土工合成材料界面振动台模型试验装置。

本发明提出的可变倾角的土工合成材料界面振动台模型试验装置，由固定系统、双界面摩擦盒系统和油压控制系统18组成，其中：

固定系统由底板1、固定孔2、铰链支座3、铰链固定销4和固定螺母5组成，固定孔2是在底板1边缘部分钻制的圆形孔，铰链支座3焊接于底板1上，铰链固定销4与铰链支座3通过固定螺母5牢固固定在一起，起到约束固定轴6的作用；

双界面摩擦盒系统由固定轴6、下加肋板7、上加肋板8、支撑柱9、横向梁10、纵向梁11、薄型油缸12、固定旋钮14、测试滑块15、上测试土工合成材料16和下测试土工合成材料17组成，所述固定轴6为3个，4根支撑柱9与下肋板7的4个边缘角焊接组成模型盒框架，所述模型盒框架一端两侧通过下加肋板7与位于同一侧的2个固定轴6相连接，且所述模型盒框架一端能以2个固定轴6为轴进行转动，所述固定轴6安放在铰链支座3上部的半圆槽中；所述模型盒框架另一端中部通过下加肋板7与1个固定轴6相连接，所述固定轴6安放在铰链支座3上部的半圆槽中；位于同一侧的两根支撑柱9的上端焊接有1根横向梁10，纵向梁11的两端通过高强螺栓固定在两根横向梁10的中部；下加肋板7的上表面和上加肋板8的下表面均为平面，下加肋板7的上表面和上加肋板8的下表面相对布置，2个薄型油缸12通过螺母固定于纵向梁11下方，薄型油缸12的传力杆通过固定螺母固定于上加肋板8上部；下测试土工合成材料16通过高强胶贴附在下加肋板7的上表面，上测试土工合成材料17通过高强胶贴附在上加肋板8的下表面；上土工合成材料16、上测试土工合成材料17夹持测试滑块15，形成上下双摩擦界面；

所述油压控制系统18连接薄型油缸12。

本发明中，所述摩擦盒框架另一端设有固定尺13，固定尺13通过位于其上的固定轴安置于铰链支座3上，并通过固定螺母5和铰链固定销4固定，下加肋板7另一端中部伸出的固定轴6与固定尺13通过固定旋钮14固定；通过固定旋钮的位置，可以改变双界面摩擦盒的倾斜角度。

本发明中，铰链支座3、铰链固定销4的数量各为3个，且规格完全一样，焊接固定在底板1的对称三角位置，作为上部双界面摩擦盒的支撑点。

本发明中，纵向梁11的数量为1根，纵向梁11的两端用高强螺栓固定在横向梁10中部，与下肋板7、支撑柱9和横向梁10整体构成框架结构，由于用螺栓固定，纵向梁11是可拆卸部件。

本发明中，固定尺13上面设有刻度线，可以精确确定固定旋钮的固定高度，从而控制双界面摩擦盒的倾角。

本发明的工作过程：

在下加肋板7的上表面用高强胶贴附下测试土工合成材料17，在上加肋板8的下表面用高强胶贴附上测试土工合成材料16，保证下测试土工合成材料17的上表面和上测试土工合成材料16的下表面的摩擦特性完全一致。调节固定旋钮14的高度，使摩擦盒产生倾斜并达到试验要求的倾角。将整个试验装置安放在振动台台面上，并用高强螺栓牢固固定。在上测试土工合成材料16、下表面与测试土工合成材料17之间的中部位置放置测试滑块15，测试滑块15的上表面与测试土工合成材料16、下表面与测试土工合成材料17分别形成两个摩擦界面。操作油压控制系统18控制薄型油缸12推动上加肋板8，增加上加肋板8、下加肋板7对测试滑块15的挤压力，使两个摩擦界面的正压力达到设计值。基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行振动台试验，并通过加速度传感器和图像分析系统监测分析滑块的运动，研究不同振动输入情况下的界面摩擦特性。

本发明的有益效果：

本发明装置的最大优点是可以测量不同倾斜角度下土工合成材料界面在地震波激振作用下的动摩擦特性，结合振动台测试可研究滑块在设定振动输入过程中发生动-静摩擦相对运动的运动规律，填补目前对倾斜界面动摩擦的试验研究的空白。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的前视图。

图3为本发明的左视图。

图4为本发明的右视图。

图5为本发明的俯视图。

图6为本发明水平模式的示意图。

图7为本发明水平模式的前视图。

图8为本发明水平模式的左视图。

图9为本发明水平模式的右视图。

图10为本发明水平模式的俯视图。

图中标号：1为底板，2为固定孔，3为铰链支座，4为铰链固定销，5为固定螺母，6为固定轴，7为下加肋板，8为上加肋板，9为支撑柱，10为横向梁，11为纵向梁，12为薄型油缸，13为固定尺，14为固定旋钮，15为测试滑块，16为上测试土工合成材料，17为下测试土工合成材料。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1

本实施例为倾斜土工合成材料界面振动台模型试验装置的设置，底板1为650mm×450mm尺寸的钢板，在底板1的两条长边边缘区域按100mm间隔分布14个机械钻制的固定孔2，在底板1上对称三角位置固定三个规格相同的铰链支架3，铰链支座3是规格为40mm×40mm×80mm的钢质车制构件，在铰链支座3上端中部有半圆形凹槽，用于安放固定轴6，铰链固定销4是与铰链支座配套的钢制构件，用固定螺母5与铰链支座3牢固固定，起到对固定轴6的约束作用。下加肋板7是尺寸为400mm×200mm的钢制焊接构件，加肋高度为纵向20mm和横向15mm，以保证构件的整体刚度，其上表面用高强胶贴附尺寸为380mm×180mm的下测试土工合成材料17。上加肋板8的规格与下加肋板7相同，其下表面用高强胶贴附尺寸为380mm×180mm的上测试土工合成材料16，保证下测试土工合成材料17的上表面和上测试土工合成材料16的下表面的摩擦特性完全一致。下加肋板7的四角边缘伸出35mm的T型部件与支撑柱9焊接，4根支撑柱为190mm长的焊接T型钢构件，支撑柱上端焊接固定150mm长的L型钢制焊接构件横向梁10。长度为460mm的纵向梁11为倒T型钢制构件，两端用高强螺栓固定在横向梁10的中部。纵向梁11下部固定连接两台薄型油缸12，薄型油缸12的传力杆与上加肋板8用螺栓固定。下加肋板7的左端有2根固定轴，右端有1根固定轴，固定尺13为250mm长的钢制构件，其上有机械刻制的刻度，固定尺13通过固定旋钮14与下加肋板7右端的固定轴6固定。调节固定旋钮14的高度，可以使摩擦盒产生倾斜并达到试验要求的倾角。

将整个试验装置安放在振动台台面上，并用高强螺栓牢固固定。在上下测试土工合成材料16、17之间的中部位置放置测试滑块15，测试滑块15为80mm×80mm×30mm的铅制滑块，其上下表面与测试土工合成材料16、17分别形成两个摩擦界面。操作油压控制系统18控制薄型油缸12推动上加肋板8，增加上下加肋板8、7对测试滑块15的挤压力，使两个摩擦界面的正压力达到设计值。基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行振动台试验，并通过加速度传感器和图像分析系统监测分析滑块的运动，研究倾斜摩擦界面在不同振动输入情况下的物理力学特性。参照图1~图5，本领域的技术人员均能顺利实施。

实施例2

实施例2为水平模式的土工合成材料界面振动台模型试验装置的设置操作介绍。装置的部件规格与实施例1相同。在下加肋板7的上表面用高强胶贴附下测试土工合成材料17，在上加肋板8的下表面用高强胶贴附上测试土工合成材料16，保证下测试土工合成材料17的上表面和上测试土工合成材料16的下表面的摩擦特性完全一致。不安装固定尺13，下加肋板7的右端直接放置在铰链支座3上，并用固定螺母5固定。将整个试验装置安放在振动台台面上，并用高强螺栓牢固固定。在上下测试土工合成材料16、17之间的中部位置放置测试滑块15，测试滑块15的上下表面与测试土工合成材料16、17分别形成两个摩擦界面。操作油压控制系统18控制薄型油缸12推动上加肋板8，增加上下加肋板8、7对测试滑块15的挤压力，使两个摩擦界面的正压力达到设计值。基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行振动台试验，并通过加速度传感器和图像分析系统监测分析滑块的运动，研究不同振动输入情况下的界面摩擦特性。参照图6~图10，本领域的技术人员均能顺利实施。

Claims (4)

1.一种可变倾角土工合成材料界面振动台模型试验装置，由固定系统、双界面摩擦盒系统和油压控制系统(18)组成，其特征在于：

固定系统由底板(1)、固定孔(2)、铰链支座(3)、铰链固定销(4)和固定螺母(5)组成，固定孔(2)是在底板(1)边缘部分钻制的圆形孔，铰链支座(3)焊接于底板(1)上，铰链固定销(4)与铰链支座(3)通过固定螺母(5)牢固固定在一起，起到约束固定轴(6)的作用；

双界面摩擦盒系统由固定轴(6)、下加肋板(7)、上加肋板(8)、支撑柱(9)、横向梁(10)、纵向梁(11)、薄型油缸(12)、固定旋钮(14)、测试滑块(15)、上测试土工合成材料(16)和下测试土工合成材料(17)组成，所述固定轴(6)为3个，4根支撑柱(9)与下肋板(7)的4个边缘角焊接组成模型盒框架，所述模型盒框架一端两侧通过下加肋板(7)与位于同一侧的2个固定轴(6)相连接，且所述模型盒框架一端能以2个固定轴(6)为轴进行转动，所述固定轴(6)安放在铰链支座(3)上部的半圆槽中；所述模型盒框架另一端中部通过下加肋板(7)与1个固定轴(6)相连接，所述固定轴(6)安放在铰链支座(3)上部的半圆槽中；位于同一侧的两根支撑柱(9)的上端焊接有(1)根横向梁(10)，纵向梁(11)的两端通过高强螺栓固定在两根横向梁(10)的中部；下加肋板(7)的上表面和上加肋板(8)的下表面均为平面，下加肋板(7)的上表面和上加肋板(8)的下表面相对布置，2个薄型油缸(12)通过螺母固定于纵向梁(11)下方，薄型油缸(12)的传力杆通过固定螺母固定于上加肋板(8)上部；下测试土工合成材料(16)通过高强胶贴附在下加肋板(7)的上表面，上测试土工合成材料(17)通过高强胶贴附在上加肋板(8)的下表面；上土工合成材料(16)、上测试土工合成材料(17)夹持测试滑块(15)，形成上下双摩擦界面；

所述油压控制系统(18)连接薄型油缸(12)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述模型盒框架另一端设有固定尺(13)，固定尺(13)通过位于其上的固定轴安置于铰链支座(3)上，并通过固定螺母(5)和铰链固定销(4)固定，下加肋板(7)另一端中部伸出的固定轴(6)与固定尺(13)通过固定旋钮(14)固定；通过改变固定旋钮(14)的位置，可以改变双界面摩擦盒的倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于铰链支座(3)、铰链固定销(4)的数量各为3个，且规格完全一样，焊接固定在底板(1)的对称三角位置，作为上部双界面摩擦盒的支撑点。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于固定尺(13)上面设有刻度线，可精确控制旋钮的固定高度，从而控制双界面摩擦盒的倾角。