CN107941445B - 一种用于振动台试验的单向剪切模型箱 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程领域，涉及一种用于振动台试验的单向剪切模型箱。该模型箱主要由外围箱体、分层侧板和弹簧组成；分层侧板的两端嵌在模型箱体上的纵向滑槽内，上下相邻的分层侧板之间有板间滑槽，板间滑槽内有滚珠，分层侧板的内侧与外围箱体箱用弹簧连接。本发明通过弹簧来使实验土体在振动过程中具有一定的侧向压力，来模拟土体振动过程所受的侧向土压力，且分层侧板可在纵向滑槽中自由滑动，减少了由于摩擦对实验土体的影响，使实验能够有效模拟土体的振动力学特性。本发明具有安全，构造简单，便于运用的优点。

Description

一种用于振动台试验的单向剪切模型箱

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种用于振动台试验的单向剪切模型箱。

背景技术

在地震作用下，土体受到动荷载的作用，土的状态会发生变化进而引发地质灾害的发生。地震波的传递，使得土体存在多方向的振动，在浅层的地表主要是以剪切变形为主，所以振动台试验一般模拟土的剪切变形。振动台试验是研究地震响应的重要手段，模型箱能够将振动作用传递到实验土体，用来模拟地震对实验对象的相互作用，从而能够在一定程度上反应土体在振动作用下的响应。现有的振动台模型箱一般有刚性模型箱，圆筒型柔性模型箱和剪切模型箱三种。刚性模型箱由于箱体是刚性的不能随着土体发生一定的剪切变形，从而“模型箱效应”显著且难以消除。圆筒型柔性模型箱一般由橡胶膜外包纤维带或钢丝组成，该模型箱对外包纤维带的间距要求比较高，间距太小则成为刚性模型箱，间距太大会导致土体约束压力的释放，土体会向外膨胀。剪切模型箱相邻的层间自由滑动，能够模拟出在振动过程中的土体剪切变形，所以剪切模型箱目前被广泛采用，但是由于模型箱材料密度与实验土体密度的差异，使得振动过程中存在边界效应，只有实验土体中部能够反映土体的振动响应。

目前的剪切模型箱都是采用分层框架的形式，在振动过程中存在因为相邻框架位移过大而脱落的危险，同时分层框架会在振动过程中会产生一定的惯性力作用在实验土体上，无法避免模型箱对地基土体的振动干涉，使得实验土体应力状态与真实土体的应力状态有所差别。

在地震荷载作用下，土体的振动是要受到周围土体的侧向土压力的影响，而目前的模型箱很少考虑侧向土压力对实验土体的影响。

发明内容

本发明的目的就是在实验土体的两侧加上一个侧压力来模拟土的应力状态，提供了一种用于振动台试验的单向剪切模型箱。

本发明中提出的一种用于振动台试验的单向剪切模型箱，实验土体两侧是分层侧板，利用分层侧板与外围箱体巧妙的构成放置实验土体的模型箱，将分层侧板嵌在在纵向滑槽上，在无约束的情况下，可以在纵向滑槽上自由滑动，在纵向滑槽与分层侧板端部有排珠，有效的减少了滑动摩擦带来的误差，从而避免了由于剪切模型箱对实验土体的约束而产生的对土体的振动干涉，且不会发生相邻框架位移过大而脱落的危险，使振动台实验更加安全进行。

为了模拟出土体振动受到周围土体的影响，在竖向分段的分层侧板的外侧受到与土体侧压力相适应的弹簧力约束。由于弹簧的作用，在振动发生时，会对分层侧板有一定的反力，随振动而增大或减少，从而模拟振动过程中周围土体对实验土体的作用。对于弹簧，自上而下刚度系数k相应增加，在相同的变形下，弹簧反力逐渐增加，来模拟土体的侧向土压力分布，而且可以通过端部的螺栓使得弹簧能够伸长和缩短，对侧向力的大小可以进行一定的调节。

本发明的技术方案：

一种用于振动台试验的单向剪切模型箱，主要由外围箱体1、分层侧板4和弹簧3组成；

所述的外围箱体1为开口朝上的箱体，其两对立面的内壁上沿水平方向开有多个纵向滑槽2，作为分层侧板4的横向滑动导轨；所述的分层侧板4的两端与纵向滑槽2配合，分层侧板4随着振动在外围箱体1内横向自由滑动；所述的分层侧板4的端部与纵向滑槽2之间放置排珠，减少滑动摩擦对实验土体的影响；

所述的分层侧板4的上表面开有多个板间滑槽5，板间滑槽5的开口方向与分层侧板4的运动方向相同；分层侧板4从上到下按纵向滑槽2排列，共两列，上下相邻的分层侧板4之间留有空隙；所述的板间滑槽5内放置滚珠，滚珠使上下两个分层侧板4相接触，实现上下两个分层侧板4的相对滑动，并控制上下相邻的分层侧板4之间的相对位移；

所述的分层侧板4的内侧面、与分层侧板4内侧面围成空间所对应外围箱体1的内壁上安装有橡胶膜，通过铆钉固定，减少土体与模型箱的剪切应力；所述的弹簧3安装在分层侧板4的内侧面与对应的外围箱体1的内壁之间，弹簧3均匀对称分布，通过螺栓固定。

本发明的有益效果：利用弹簧来给实验土体提供侧向压力，反应土体振动响应的情况。同时并未采用封闭框架的形式，而是两侧采用分层侧板，分层侧板可以相应的自由滑动，减少了模型箱对土体振动的影响。本实验装置简单，经济，而且实验过程更加安全，准确，为剪切模型箱装置的设计提供了新的思路

附图说明

图1是本发明总体结构示意图；

图2是本发明每层的分层侧板的结构示意图；

图3是本发明外围箱体上纵向滑槽的示意图；

图4是本发明弹簧与箱体连接示意图。

图中：1外围箱体；2纵向滑槽；3弹簧；4分层侧板；5板间滑槽。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

一种用于振动台试验的单向剪切模型箱，由外围箱体1作为外围结构，在外围箱体1的纵向板的内侧有若干条纵向滑槽2，作为分层侧板4运动的导轨。

纵向滑槽2结构如图3所示，分层侧板4两端嵌入纵向滑槽2内，端部与外围箱体1中间嵌入排珠，使分层侧板4在纵向滑槽2内自由滑动，减少模型箱对土体的干扰和影响。

在箱体内的分层侧板4，结构如图2所示，两端是T型，上下相邻分层侧板4之间要留有一定空隙的，在上下相邻分层侧板间有板间滑槽5，板间滑槽5在分层侧板4上应当对称布置，且板间滑槽5的方向与分层侧板4运动方向相同。板间滑槽5内放有滚珠，这样既可以实现分层侧板4的相对滑动，使土体产生相应的剪切变形，又可以使相邻分层侧板4间的相对位移也不会过大，防止实验土体从间隙中漏出。在该模型箱的分层侧板4内侧和外围箱体1的纵面内侧安装高弹性橡胶膜，并且隔一段距离就用铆钉固定，减少土体与剪切模型箱的剪切应力。在每层的分层侧板4的外侧安装弹簧3与外围箱体1相连，弹簧3的刚度系数k是根据土静止时的侧压力系数来确定，弹簧的刚度逐渐增大，与地基侧压力相适应，使得土体在振动的情况下受到随之变化的侧向压力的作用，来模拟更加真实的振动响应。

分层侧板4与外围箱体1上的弹簧3连接如图4所示，同一分层侧板4上的弹簧3应当均匀分布，实验土体两侧分层侧板4上的弹簧3应当对称分布。在实验时依靠螺栓锚固，使弹簧3不会发生脱落，同时也可依靠螺栓调节弹簧反力的大小，保证实验时弹簧的正常工作。

实验前首先检查分层侧板4在纵向滑槽2内是否能自由滑动，对于上下相邻的分层侧板4，也应当检查是否发生正常的剪切滑动。用铆钉在分层侧板4及外围箱体纵面内侧固定高弹性橡胶膜，将土体放入箱体并固结完成后，在分层侧板4的外侧安装弹簧3。待一切准备好，即可进行振动台试验。

Claims (1)

1.一种用于振动台试验的单向剪切模型箱，其特征在于，所述的单向剪切模型箱主要由外围箱体（1）、多个分层侧板（4）和弹簧（3）组成；

所述的外围箱体（1）为开口朝上的箱体，其两对立面的内壁上沿水平方向开有多个纵向滑槽（2），作为分层侧板（4）的横向滑动导轨；所述的分层侧板（4）的两端为T型，且分层侧板（4）的两端嵌入纵向滑槽（2）内；所述的分层侧板（4）的两端与纵向滑槽（2）配合，分层侧板（4）随着振动在外围箱体（1）内横向自由滑动；所述的分层侧板（4）的端部与纵向滑槽（2）之间放置排珠，减少滑动摩擦对实验土体的影响；

所述的分层侧板（4）的上表面开有多个板间滑槽（5），板间滑槽（5）的开口方向与分层侧板（4）的运动方向相同；分层侧板（4）从上到下按纵向滑槽（2）排列，共两列，上下相邻的分层侧板（4）之间留有空隙；所述的板间滑槽（5）内放置滚珠，滚珠使上下两个分层侧板（4）相接触，实现上下两个分层侧板（4）的相对滑动，并控制上下相邻的分层侧板（4）之间的相对位移；

所述的分层侧板（4）的内侧面、与分层侧板（4）内侧面围成空间所对应外围箱体（1）的内壁上安装有橡胶膜，通过铆钉固定，减少土体与模型箱的剪切应力；每层的分层侧板（4）的外侧安装多个弹簧（3）与外围箱体（1）相连，同一分层侧板（4）上的多个弹簧（3）均匀分布，实验土体两侧各分层侧板（4）上的弹簧（3）对称分布，通过螺栓固定。