CN108548911A - 一种砂性土地震液化试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种砂性土地震液化试验装置，包括土体箱、振动装置，土体箱内部从下往上依次设置有石子层、砂性土层，土体箱外部的底部设置有振动装置。本装置结构简单、效果好，能够准确模拟地震对砂性土液化的影响。
Description
技术领域
本发明土木工程领域，尤其涉及一种砂性土地震液化试验装置。
背景技术
砂性土液化是一种因地震引起的地震灾害，会导致建筑物地基发生破坏。地震的震级代表地震本身的强弱，只同震源发出的地震波能量有关，地震频率及地震波能量均为地震波的重要特征。目前还没有准确模拟地震对砂性土液化的检测设备。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种地震后砂性土液化的试验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种砂性土地震液化试验装置，包括土体箱、振动装置，土体箱内部从下往上依次设置有石子层、砂性土层，土体箱外部的底部设置有振动装置。本装置通过在土体箱的底部设置振动装置，通过振动装置的振动模拟地震对砂性土的影响，从而试验砂性土受地震影响产生液化的程度。
优选地：土体箱外部的底部设置有第一横梁，振动装置设置在第一横梁的底面上。将振动装置设置在横梁上，其目的在于将点状的振动源转化为线状的振动源，使振动装置所产生的振动能均匀的传递到土体箱的内部；横梁的设置可以起到加强筋的作用。
优选地：振动装置包括第一支撑板、第二支撑板、偏心轮、偏心轮轴，第一支撑板、第二支撑板固定安装在第一横梁上，第一支撑板上设置有第一孔，第一孔内安装有第一轴承，第二支撑板上设置有第二孔，第二孔内安装有第二轴承，第一轴承套装于偏心轮轴的一端，第二轴承套装于偏心轮轴的另一端，偏心轮固定安装于偏心轮轴上。由于偏心轮的偏心距可以根据预先设定，采用偏心轮作为振动源，可以控制振动的振幅。
优选地：偏心轮顶部且远离偏心轮轴的内部设置有空腔，偏心轮顶部设置有螺纹孔，螺纹孔的底部延伸至空腔内，螺纹孔内设置有与之相对应的螺栓。
优选地：空腔内设置有颗粒状的固体材料。通过改变空腔内颗粒状固体材料的数量，达到改变偏心轮偏心距的目的。
优选地：还包括电机，电机轴上设置有第一链轮，偏心轮轴上设置有第二链轮，第一链轮与第二链轮通过链条连接。
优选地：所述电机为调速电机。通过调速电机可以方便的改变电机的转速，从而达到改变振动频率的目的。
优选地：第一链轮或第二链轮为多级链轮。也可以通过多级链轮达到改变振动频率的目的。
优选地：链条上设置有拨链器。拨链器的设置在于方便变速。
优选地：还包括第二横梁、第三支撑板、第四支撑板，第二横梁设置在土体箱外部的底部，第三支撑板、第四支撑板固定安装在第二横梁上，第三支撑板上设置有第三孔，第三孔内安装有第三轴承，第三轴承套装于电机轴上，电机的末端固定在第四支撑板上。将电机设置在土体箱的底部，其目的在于使试验装置成为一体装置，方便实用。
有益效果：本装置结构简单、效果好，方便调节振动的强度与频率，能够准确模拟地震对砂性土液化的影响。
附图说明
附图1：砂性土体震液化试验装置的主视示意图。
附图2：第一链轮为多级链轮的试验装置的侧视示意图。
附图3：底板的仰视示意图。
附图4：第二链轮为多级链轮的侧视示意图。
附图5：偏心轮的主视示意图。
附图6：偏心轮的俯视示意图。
附图7：偏心轮的立体示意图。
附图8：拨链器的示意图。
附图标记名称如下：1、土体箱；2、砂性土层；3、石子层；4、立柱；5、底板；6、第二横梁；7、支撑杆；8、第三支撑板；9、电机；10、第一支撑板；11、第一链轮；12、第二支撑板；13、第四支撑板；14、链条；15、第二链轮；16、拨链器；17、偏心轮；18、第五支撑板；19、第一横梁；20、第一小链轮；21、第二小链轮；22、连接板；23、铰链；24、辊轮；25、钢绞线；26、凸起；27、螺纹孔。
具体实施方式
如图1-8所示。一种砂性土体震液化试验装置包括土体箱1、振动装置。振动装置固定安装在土体箱1的底面上。
土体箱1包括矩形箱体、支撑杆7。矩形箱体包括四个立柱4、四块钢化玻璃、底板5。底板5顶面的四个角上分别设置有立柱4。立柱4之间设置有钢化玻璃，即矩形箱体的四个侧面均为钢化玻璃，以方便从矩形箱体的外部观察箱体内部的情况。矩形箱体的顶部向上开口。四个支撑杆7分别安装在底板5底面的四个角上，用以支撑矩形箱体，支撑杆7可以是钢柱。土体箱1内从下往上依次设置有石子层3、砂性土层2。
如图3-7所示。振动装置包括第一支撑板10、第二支撑板12、偏心轮17、偏心轮轴。底板5的底面上固定安装有横向的第一横梁19。第一横梁19的底面上固定安装有第一支撑板10、第二支撑板12，第一支撑板10、第二支撑板12相对应。第一支撑板10上设置有第一孔，第一孔内安装有第一轴承，第二支撑板12上设置有第二孔，第二孔内安装有第二轴承，第一轴承套装于偏心轮轴的一端，第二轴承套装于偏心轮轴的另一端，偏心轮17固定安装于偏心轮轴上。偏心轮顶部且远离偏心轮轴的内部设置有空腔，偏心轮顶部设置有螺纹孔27，螺纹孔27内设置有与螺纹孔相适应的螺栓，螺纹孔27的底部延伸至空腔内。空腔内设置有颗粒状的固体材料，该固体颗粒可以是铁砂等材料。若空腔中未放入颗粒状固体材料，偏心距较小，偏心轮17转动时，振幅较小，试验装置的振动强度较小；若空腔中放入部分颗粒状固体材料，在偏心轮17转动时，由于离心力的作用，颗粒状固体材料向偏心轮顶部集中，使得偏心轮的重心向偏心轮顶部移动，此时，偏心轮的偏心距变大，振幅较大，试验装置的振动强度加大。通过使空腔内颗粒状固体材料占空腔的体积比在0-100%之间变化，达到改变偏心轮偏心距的目的，进一步的改变试验装置的振动强度。在往空腔内加入颗粒状固体材料时，先拧下螺栓，往空腔内加入颗粒状固体材料，拧紧螺栓。
如图2所示。底板5的底面上固定安装有横向的第二横梁6，第二横梁6与第一横梁19平行设置。第二横梁6的底面上固定安装有第三支撑板8、第四支撑板13，第三支撑板8、第四支撑板13相对应。第三支撑板8上设置有第三孔，第三孔内安装有第三轴承，第三轴承套装于电机轴上，电机9的末端固定在第四支撑板上。
如图1所示。电机轴上设置有第一链轮11，偏心轮轴上设置有第二链轮15，第一链轮11与第二链轮15通过链条14连接。所述电机为调速电机。第一链轮11和第二链轮15可以为多级链轮，多级链轮由多个直径不同的链轮依次从小到大或由大到小组成。链条14上设置有拨链器16。
如图8所示。拨链器16包括第一小链轮20、第二小链轮21、第一板、第二板、连接板22、铰链23、辊轮24、钢绞线25、凸起26。第一小链轮20套装在第一小链轮轴上，第一小链轮20可绕第一链轮轴旋转；第二小链轮21套装在第二小链轮轴上，第二小链轮21可绕第二小链轮轴旋转。第一小链轮轴的一端与第一板的一端固定连接，另一端与第二板的一端固定连接，第一小链轮轴分别与第一板、第二板相互垂直。第二小链轮轴的一端与第一板的另一端固定连接，另一端与第二板的另一端固定连接，第二小链轮轴分别与第一板、第二板相互垂直。链条14依次与第一小链轮20、第二小链轮21、第一链轮11、第二链轮15啮合，且链条14呈S型分别与第一小链轮20、第二小链轮21啮合。
底板5的底面上还固定安装有第五支撑板18。连接板22的一端与第一板顶面固定连接，连接板22的另一端通过两折式绞链23与第五支撑板18连接，即绞链23的一部分与连接板固定连接，另一部分与第五支撑板18固定连接，连接板22可绕绞链轴旋转。连接板22的顶面上设置有凸起26，第五支撑板18上还设置有辊轮24，辊轮24为圆柱形，辊轮24的中心轴线上的一端设置有辊轮轴，第五支撑板18上设置有第五孔，第五孔内设置有第五轴承，第五轴承的外圈与第五孔过盈配合，第五轴承的内圈套装在辊轮轴的一端上且与辊轮轴过盈配合，辊轮24的中心轴线上的另一端设置有手柄，辊轮24的外侧缠绕有钢绞线25，钢绞线25的另一端与凸起26固定连接。通过辊轮24的旋转，可以收紧缠绕在辊轮24上的钢绞线25，使拨链器移动，从而带动链条14移动，进一步带动链条14在多级链轮上移动，实现变速；也可以放松缠绕在辊轮24上的钢绞线25，使拨链器移动，从而带动链条14移动，进一步带动链条14在多级链轮上移动，实现变速。
电机9与电机控制箱电性连接。
本发明的调速及振动原理如下：电机控制箱控制电机9输入电能，使得电机带动第一链轮11转动，第一链轮11带动第二链轮15转动，使得偏心轮17转动。偏心轮15的重心与偏心轮轴不在同一位置上，这使得偏心轮17转动时会导致整个试验装置上下震动。当第二链轮15采用多级链轮时，第一链轮11采用单级齿轮时，通过旋紧或放松辊轮24会使得拨链器16向平面外或内转动，使得拨链器16带动链条14从多级齿轮上直径大的齿轮向直径小的齿轮处移动或者从多级齿轮上直径小的齿轮向直径大的齿轮处移动。设电机的转速为n，第一链轮11的直径为R，第二链轮15中链条14所缠绕的链轮的直径为r，那么第二链轮15和偏心轮17的转速N为：N=n×R/r（r/min ）；试验模拟的地震动的频率f为：f=N/60（Hz）。
设本试验装置的输入功率为P，振动频率为f，本实验装置的试验步骤如下。
（1）将砂性土地震液化试验装置的支撑杆7固定在地面，防止在试验过程中出现跳动。
（2）在矩形箱体内部的底层铺一定厚度的石子层3来模拟基岩，石子层上铺设一层砂性土层2。
（3）接通电源，调节电机控制箱，使得电机的输入功率为P。
（4）调节辊轮24，变换链条14在第二链轮15（多级链轮）上的位置，从而调节偏心轮的转速。
Claims (10)
1.一种砂性土地震液化试验装置，包括土体箱、振动装置，土体箱内部从下往上依次设置有石子层、砂性土层，其特征在于：土体箱外部的底部设置有振动装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：土体箱外部的底部设置有第一横梁，振动装置设置在第一横梁上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：振动装置包括第一支撑板、第二支撑板、偏心轮、偏心轮轴，第一支撑板、第二支撑板固定安装在第一横梁上，第一支撑板上设置有第一孔，第一孔内安装有第一轴承，第二支撑板上设置有第二孔，第二孔内安装有第二轴承，第一轴承套装于偏心轮轴的一端，第二轴承套装于偏心轮轴的另一端，偏心轮固定安装于偏心轮轴上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：偏心轮顶部且远离偏心轮轴的内部设置有空腔，偏心轮顶部设置有螺纹孔，螺纹孔的底部延伸至空腔内，螺纹孔内设置有与之相对应的螺栓。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：空腔内设置有颗粒状的固体材料。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：还包括电机，电机轴上设置有第一链轮，偏心轮轴上设置有第二链轮，第一链轮与第二链轮通过链条连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述电机为调速电机。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：第一链轮或第二链轮为多级链轮。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：链条上设置有拨链器。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：还包括第二横梁、第三支撑板、第四支撑板，第二横梁设置在土体箱外部的底部，第三支撑板、第四支撑板固定安装在第二横梁上，第三支撑板上设置有第三孔，第三孔内安装有第三轴承，第三轴承套装于电机轴上，电机的末端固定在第四支撑板上。
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