CN105806575A - 动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，属于土工动力离心试验技术领域。该装置包括离心机、模型箱、地下结构物装置、测力系统、连接杆以及反力梁。模型箱安装于离心机吊篮内，地下结构物埋设于模型箱地基土体内。测力系统包括拉压力计和球头轴承，可实现竖向受力测试的同时保证地下结构物水平向自由运动。拉压力计与地下结构物装置连接在一起，球头轴承通过连接杆与反力梁固定在一起。反力梁通过螺栓与模型箱固定。本发明装置构造较简单，适用性广，便于推广，解决了试验过程中管土位移协调问题。

Description

动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置

技术领域

本发明属于动力离心试验技术领域，具体涉及一种超重力条件下埋地结构物竖向受力测试装置。

背景技术

随着城市化进程的加快，地铁、隧道以及各类地下结构工程已成为必然趋势。近年来，强震作用下液化场地中结构物的破坏问题开始凸显，其中上浮变形是主要破坏形式之一。通过试验再现地震液化场地结构物上浮变形，研究其受力机理，有助于确保地震作用下地下结构物的安全。

土工动力离心机能还原应力应变场，直接再现地震工况，是研究地震作用下地下结构物受力变形特性的有效工具。然而，目前尚未有可用于离心机的地下结构物竖向受力测试装置，一方面是因为地下结构物一般位于水位线以下，力传感器防水性能欠佳，极易损坏；另一方面，受测力装置刚性连接的限制，试验过程中地下结构物在水平方向不能自由移动，管土位移不协调，试验测试结果与实际响应存在一定差异。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，包括离心机、模型箱、地下结构物装置、测力系统、连接杆以及反力梁。所述的模型箱安装于离心机吊篮内，模型箱中铺设有地基土体，地基土体中埋有地下结构物装置。所述模型箱底部设有进水通道，进水通道的箱内出水口处安装有透水石。所述地下结构物装置包括结构物，结构物传力环以及结构物连接杆三部分；结构物传力环套在地下结构物外部，结构物连接杆与结构物传力环机械连接。所述反力梁是一矩形钢板，固定于模型箱上。所述测力系统包括拉压力计和球头轴承。拉压力计和球头轴承通过加长螺栓连接；拉压力计与地下结构物装置连接在一起，球头轴承通过连接杆与反力梁固定在一起。

进一步地，所述的地基土体材料为砂土，砂土的种类根据具体试验条件选用

进一步地，所述的地下结构物材料为铝、钢、混凝土、pvc或有机玻璃等，材料和形状根据试验情况设计。结构物传力环内径比地下结构物外径大0.5～1mm，结构物传力环顶部开有直径10mm螺孔，结构物连接杆通过该螺孔与结构物传力环机械连接，结构物连接杆直径10mm。结构物传力环与结构物连接杆材质需满足自重轻且刚度大的要求。

进一步地，所述的拉压力计需安装于地基土体外部，避免试验过程中进水；球头轴承转动角度需大于15°，以保证试验过程中地下结构物水平位移不受限制。

进一步地，所述的反力梁两端相应位置处开有螺孔，通过4个直径为12mm的螺栓与模型箱固定；同时中部预留孔洞，以固定连接杆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的结构简单，操作性强，拆装方便，且易于改造，便于推广使用。

(2)本发明可适用于多种土质类型的地基。

(3)地下结构物装置与测力装置相互独立，且力传感器安装于地基土体外部，可避免试验过程中传感器进水，球头轴承可保证地下结构物水平向位移自由，使得试验结果更接近真实情况。

(4)本设备原理简单，可用于不同尺寸、不同埋置位置、不同形状的地下结构物竖向受力测试试验。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的A-A剖面图；

图3是本发明的B-B剖面图；

图4是测力系统结构详图；

图5是离心机工作原理示意图；

图中：离心机1；离心机吊篮1-1；离心机振动台1-2；模型箱2；模型箱进水通道2-1；透水石2-2；地基土体3；地下结构物装置4；地下结构物4-1；结构物传力环4-2；结构物连接杆4-3；测力系统5；拉压力计6；球头轴承7；连接杆8；反力梁9。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、2、3所示，本发明是动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，包括离心机1、模型箱2、地下结构物装置4、测力系统5、连接杆8以及反力梁9。

所述的模型箱2安装于离心机1吊篮1-1内的离心机振动台1-2上，模型箱2中制备有地基土体3，地基土体3中埋有地下结构物装置4。地基土体3材料为砂土，砂土的种类根据具体试验条件选用。

所述模型箱2底部设有进水通道2-1，通道上设有开关。进水通道2-1的箱内出水口处安装有透水石2-2，可防止地基土体3堵塞进水通道2-1。

所述地下结构物装置4包括地下结构物4-1、结构物传力环4-2以及结构物连接杆4-3三部分。地下结构物4-1材料为铝、钢、混凝土、pvc或有机玻璃等，材料根据试验情况选择。结构物传力环4-2在地下结构物4-1外部，其内径比地下结构物4-1外径大0.5～1mm，结构物传力环4-2顶部开有直径10mm螺孔，结构物连接杆4-3通过该螺孔与结构物传力环4-2机械连接，结构物连接杆4-3直径10mm。传力环4-2与连接杆4-3材质需满足自重轻且刚度大等要求。

如图4所示，所述测力系统5包括拉压力计6和球头轴承7。拉压力计6和球头轴承7通过加长螺栓连接；所述的拉压力计6安装于地基土体3外部，避免试验过程中传感器进水；球头轴承7中的球状杆件可自由转动，转动角度需大于15°，能保证试验过程中地下结构物4-1水平位移不受限制。拉压力计6下端与地下结构物装置4连接在一起，球头轴承7上部通过连接杆8与反力梁9固定在一起。

所述反力梁9是一根长40cm、截面尺寸为3cm×12mm的钢板，钢板两端相应位置处开有4个螺孔，通过直径为12mm的螺栓与模型箱2固定；钢板中部预留孔洞，以固定连接杆7。

本发明工作原理如下：

试验前在模型箱2内制备地基土体3材料，当地基土体3达到地下结构物设计埋深时，放置地下结构物装置4，再覆盖剩余地基土体3。土体制备完毕后，将模型箱2置于真空环境下，同时从模型箱2底部的进水通道2-1中缓慢通入流体介质，直至液面高于地基土体3大约10mm左右；饱和完毕后，将模型箱2转移出真空环境，完成试验前场地模型的制备。将测力系统5与连接杆8固定在一起，并确认球头轴承7可自由转动。在模型箱2上方安装反力梁9，随后将测力系统5与连接杆8安放在预定孔洞位置，并把拉压力计6与结构物连接杆4-3用加长螺母固定，如图2、3、4所示。

如图5所示，将模型箱2安装在离心机1吊篮1-1的离心振动台1-2上，连接好数据采集仪后，开启离心机1进行试验。试验开始后，离心机逐级加速到30g，稳定大约30分钟后，开始依次施加地震动。两次激励时间间隔约为30min～60min，具体以孔压消散完全为标志。试验过程中，球头轴承7可保证地下结构物4-1竖向固定，水平方向自由运动；拉压力计6可以实时测量地震液化过程中地下结构物4-1的竖向受力变化情况。振动完毕后，停机，试验结束。

Claims (5)

1.一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，包括离心机(1)、模型箱(2)、地下结构物装置(4)、测力系统(5)、连接杆(8)以及反力梁(9)等。所述的模型箱(2)安装于离心机吊篮(1-1)内，模型箱(2)中铺设有地基土体(3)，地基土体(3)中埋有地下结构物装置(4)。所述模型箱(2)底部设有进水通道(2-1)，进水通道(2-1)的箱内出水口处安装有透水石(2-2)。所述地下结构物装置(4)包括地下结构物(4-1)、结构物传力环(4-2)以及结构物连接杆(4-3)三部分；结构物传力环(4-2)套在地下结构物(4-1)外部，结构物连接杆(4-3)与结构物传力环(4-2)机械连接。所述反力梁(9)为矩形钢板，固定于模型箱(2)上。所述测力系统(5)包括拉压力计(6)和球头轴承(7)。拉压力计(6)和球头轴承(7)通过加长螺栓连接；拉压力计(6)与地下结构物装置(4)连接在一起，球头轴承(7)通过连接杆(8)与反力梁(9)固定在一起。

2.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的地基土体(3)材料为砂土，砂土的种类根据具体试验条件选用。

3.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的地下结构物(4-1)材料为铝、钢、混凝土、pvc或有机玻璃等，材料和形状根据试验情况设计。结构物传力环(4-2)内径比地下结构物(4-1)外径大0.5～1mm，结构物传力环(4-2)顶部开有直径10mm螺孔，结构物连接杆(4-3)通过该螺孔与结构物传力环(4-2)机械连接，结构物连接杆(4-3)直径10mm。结构物传力环(4-2)与结构物连接杆(4-3)材质需满足自重轻且刚度大的要求。

4.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的拉压力计(6)需安装于地基土体(3)外部，避免试验过程中进水；球头轴承(7)转动角度需大于15°，以保证试验过程中地下结构物(4-1)水平位移不受限制。

5.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的反力梁(9)两端相应位置处开有螺孔，通过四个直径为12mm的螺栓与模型箱(2)固定；同时中部预留孔洞，以固定连接杆(8)。