CN104614231B - 一种能加载的层状剪切模型土箱 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种能加载的层状剪切模型土箱，包括底板、固定设置于底板上且能够模拟土层剪切变形的层状剪切模型土箱本体和设置于层状剪切模型土箱本体顶部的加压气囊，该加压气囊外接有高压加气钢瓶；加压气囊的顶部设置有一个反力系统。反力系统包括一块设置于加压气囊顶部的承压钢板，该承压钢板的顶部设置有一块反力钢板；所述承压钢板和反力钢板之间设置有若干组滚动滑轮。采用上述结构后，通过对加压气囊中气体加压载荷的控制，从而能够对土层施加有效围压，以模拟深厚土层的应力状态。在试验过程中，层状剪切模型土箱本体不会限制土层在振动方向上的运动，能有效模拟深厚土层在振动荷载作用下的响应。
Description
技术领域
本申请涉及一种大型振动台试验模型土箱，特别是一种能加载的层状剪切模型土箱。
背景技术
目前，振动台试验仍是液化效应分析的主要手段之一，国内应用于振动台试验研究的层状剪切模型土箱，因无法在土层上有效的加载有效围压，其对实际场地的模拟厚度受限于模型土箱的高度 ，一般只能模拟2m至3m的土层厚度，无法对深厚土层进行地震效应分析。而实际工程中及研究工作中，经常需要对埋深十余米，甚至是50m以上的土层及其中的构建物进行抗震性能研究。现有的层状剪切模型土箱难以满足在振动台试验中模拟深厚土层的要求。
申请内容
本申请要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能够有效模拟深厚土层振动效应的能加载的层状剪切模型土箱。
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：
一种能加载的层状剪切模型土箱，包括底板、固定设置于底板上且能够模拟土层剪切变形的层状剪切模型土箱本体和设置于层状剪切模型土箱本体顶部的加压气囊，该加压气囊外接有高压加气钢瓶；加压气囊的顶部设置有一个反力系统。
所述反力系统包括一块设置于加压气囊顶部的承压钢板，该承压钢板的顶部设置有一块反力钢板；所述承压钢板和反力钢板之间设置有若干组滚动滑轮。
所述反力系统还包括设置于层状剪切模型土箱本体两侧的反力架，该反力架的顶部与反力钢板固定连接。
所述反力架上还设置有能对滚动滑轮进行限位的定位垫板。
所述层状剪切模型土箱本体为层状框架，相邻两层框架之间均设置有滚动轴承。
所述层状剪切模型土箱本体主要由相互之间无摩擦的叠环组成。
所述层状剪切模型土箱本体的层数为10层，从上至下数，第一剪切层的层高为其它剪切层层高的两倍。
所述加压气囊的一侧或两侧设置有传感器接线盒。
所述承压钢板上设置有若干个传感器出线孔。
所述承压钢板上还设置有能用螺丝封闭的排水孔。
本申请采用上述结构后，具有如下有益效果：
1.在振动台试验中，通过对加压气囊中气体加压载荷的控制，从而能够对土层施加有效围压，以模拟深厚土层的应力状态。
2、在试验过程中，层状剪切模型土箱本体不会限制土层在振动方向上的运动，能有效模拟深厚土层在振动荷载作用下的响应。
3、上述排水孔的设置，在制样过程中，通过对排水孔的封堵控制，能够严格控制排水，从而能较好的控制土样的饱和度。
附图说明
图1显示了本申请一种能加载的层状剪切模型土箱的主视图；
图2显示了本申请一种能加载的层状剪切模型土箱的侧视图；
图3显示了承压钢板的结构示意图；
图4显示了本申请一种能加载的层状剪切模型土箱的试验过程示意图。
其中有：1.底板；2.层状剪切模型土箱本体；3.加压气囊；4.传感器出线盒；5.承压钢板；6.反力钢板；7.反力架；8.滚动滑轮；9.滑轮槽；10.传感器出线孔；11.定位垫板。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本申请作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种能加载的层状剪切模型土箱，包括底板1、层状剪切模型土箱本体2、加压气囊3和一个反力系统。
上述底板1的底部能直接与大型振动试验台相连接，并随着大型振动试验台而振动。
上述层状剪切模型土箱本体2固定设置在底板1上，能够模拟土层剪切变形。层状剪切模型土箱本体2的结构有如下两种优选实施例。
实施例1
层状剪切模型土箱本体2为层状框架，相邻两层框架之间均设置有滚动轴承。滚动轴承的设置，一方面限制了竖向和侧向运动；另一方面，使得框架间能够在振动方向上相对滑动，从而能够模拟土层的剪切变形。
实施例2
层状剪切模型土箱本体2主要由相互之间无摩擦的叠环组成。叠环间能够在振动方向上相对滑动，从而能够模拟土层的剪切变形。
上述两种实施例中，层状剪切模型土箱本体2的层数均优选为10层，从上至下数，第一剪切层（也即最顶层）的层高为其它剪切层层高的两倍。如第一剪切层的层高为20cm，则其余9层的层高分别为10cm。这样设置的好处为：能够防止加压气囊3充气后进入其它剪切层而发生破坏，起到保护加压气囊3的作用。
在试验过程中，层状剪切模型土箱本体2的各个剪切层，允许土层在振动作用下产生水平运动，减小模型的边界效应。
上述加压气囊3设置在层状剪切模型土箱本体2的顶部，也可设置在第一剪切层内。加压气囊3外接有高压加气钢瓶，根据需要，通过控制高压加气钢瓶的加压气阀，即可对加压气囊3施加事先设定的气压荷载，以模拟土层上覆的有效围压。
加压气囊3的一侧或两侧设置有传感器接线盒4。
加压气囊3的顶部设置有一个反力系统，该反力系统能有效的将加压气囊3的气压均匀传递至土层，使土层在特定的围压下固结。
反力系统优选包括一块承压钢板5、一块反力钢板6、设置于承压钢板5和反力钢板6之间的若干组滚动滑轮8、以及设置在层状剪切模型土箱本体2两侧的反力架7。
如图3所示，承压钢板5设置在加压气囊3的顶部，承压钢板5的顶部，水平设置有若干条滑轮槽9，滚动滑轮8能够在承压钢板5上沿着滑轮槽9水平左右滑动。在试验过程中，承压钢板5因滚动滑轮8的滚动而随土层运动，减小了模型的边界效应。
上述承压钢板5上还设置有若干个传感器接线孔10和若干个能用螺丝封闭的排水孔。排水孔优选为12个，在制样过程中，根据试验是否需要排水及排水的速率，选择封闭全部或部分排水孔。通过对排水孔的封堵控制，能够严格控制排水，从而能较好的控制土样的饱和度。
上述反力钢板6设置在承压钢板5的顶部，反力钢板5的两侧与反力架7的顶部固定连接。反力架7的底部固定在底板1上。反力架7上还设置有能对滚动滑轮8进行限位的定位垫板11。
在振动台试验中，先将土体装填在层状剪切模型土箱本体2内，装填完毕后，通过外接高压加气钢瓶对加压气囊3施加气压，加压气囊3的气压通过反力系统传递至土层。试验过程中，各个剪切层及承压刚板5随土层在振动方向运动形式，如图4所示。
通过对加压气囊3中气体加压载荷的控制，从而能够对土层施加有效围压，以模拟深厚土层的应力状态。在试验过程中，层状剪切模型土箱本体不会限制土层在振动方向上的运动，能有效模拟深厚土层在振动荷载作用下的响应。
以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本申请的保护范围。
Claims (3)
1.一种能加载的层状剪切模型土箱，其特征在于：包括底板、固定设置于底板上且能够模拟土层剪切变形的层状剪切模型土箱本体和设置于层状剪切模型土箱本体顶部的加压气囊；
底板的底部与大型振动试验台相连接，并随着大型振动试验台而振动；
加压气囊外接有高压加气钢瓶；加压气囊的顶部设置有一个反力系统；
反力系统包括一块设置于加压气囊顶部的承压钢板，该承压钢板的顶部设置有一块反力钢板；所述承压钢板和反力钢板之间设置有若干组滚动滑轮；
承压钢板的顶部，水平设置有若干条滑轮槽，滚动滑轮能够在承压钢板上沿着滑轮槽水平左右滑动；在试验过程中，承压钢板因滚动滑轮的滚动而随土层运动，能减小模型的边界效应；
层状剪切模型土箱本体为层状框架，相邻两层框架之间均设置有滚动轴承；
层状剪切模型土箱本体的层数为10层，从上至下数，第一剪切层的层高为其它剪切层层高的两倍；
在振动台试验中，先将土体装填在层状剪切模型土箱本体内，装填完毕后，通过外接高压加气钢瓶对加压气囊施加气压，加压气囊的气压通过反力系统传递至土层；通过对加压气囊中气体加压载荷的控制，从而能够对土层施加有效围压，能将加压气囊气压均匀传递至土层，使土层在特定的围压下固结，从而能够模拟深厚土层的应力状态；
加压气囊的一侧或两侧设置有传感器接线盒；承压钢板上设置有若干个传感器出线孔和能用螺丝封闭的排水孔；在制样过程中，通过对排水孔的封堵控制，能够控制排水，从而能控制土样的饱和度。
2.根据权利要求1所述的能加载的层状剪切模型土箱，其特征在于：所述反力系统还包括设置于层状剪切模型土箱本体两侧的反力架，该反力架的顶部与反力钢板固定连接。
3.根据权利要求2所述的能加载的层状剪切模型土箱，其特征在于：所述反力架上还设置有能对滚动滑轮进行限位的定位垫板。
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