CN115755169A - 一种用于岩土体振动测试的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明设计公开了一种用于岩土体的振动观测实验装置，所述的振动台还包括底座、振动组件、支撑座、大弹簧、振动平台，底座上表面的凹槽内焊接有两组振动组件，且两组振动组件驱动振动平台的运动轨迹在水平方向上相互垂直；所述的模型箱内设有水箱、透水石箱、岩土箱和与之分别对应的加压盒。本发明实现的功能是将模型箱安装在振动平台上，加入相应材料和传感器，往加压箱内加入重物放到相应的模型箱内，模拟不同环境下岩土层的压力、水压，方便实验时更真实的模拟地震时的现象；控制器控制振动组件驱动从动件反复撞击挡板，使振动平台摆动，两组振动组件可单独驱动振动平台摆动，也可一齐驱动振动平台摆动，以此模拟地震时的横波。
Description
技术领域
本发明专利属于岩土工程试验领域，具体涉及一种用于岩土体振动测试的实验装置。
背景技术
常见的地震波有纵波和横波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5～7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。目前，我国正处于地震相对活跃期，地震是诱发边坡发生滑移或失稳破坏的主要因素之一。振动台试验被认为是可以有效模拟地震动力的重要方法，在满足相似准则的条件下，岩土体边坡模型振动台试验能够直观的反映地震动条件下岩土体的变形破坏过程与机制，为研究地震条件下岩土体边坡失稳破坏的成因机理提供了重要的手段。
在此类实验中存在以下问题：
1、目前的振动台实验中大多振动台通过振动电机提供振动，而振动电机通过偏心轮运动提供的振动只能模拟纵波，无法让研究人员深入底观测研究横波对岩土体的变形破坏过程与机制。
2、而目前岩土工程振动台试验中采用的模型箱结构单一，没有考虑到岩土中地下河的情况，也无法模拟不同环境下岩土层的压力问题。
为了解决上述问题，本文提出一种用于岩土体振动测试的实验装置。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明设计了一种用于岩土体振动测试的实验装置，将模型箱安装在振动平台上，加入相应材料和相应的传感器，通过往加压箱内加入重物，放入相应的模型箱内，模拟不同环境下岩土层的压力、水压，也可控制水从不同位置渗入岩土层中，方便实验时更真实的模拟地震时的现象；控制器控制振动组件驱动从动件反复撞击挡板，使振动平台摆动，两组振动组件可单独驱动振动平台摆动，也可一齐驱动振动平台摆动，以此模拟地震时的横波。
为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：一种用于地质实验的振动观测装置，包括振动台、模型箱、控制模块，所述的振动台的上表面通过螺钉安装有模型箱，其特征在于：所述的振动台还包括底座、振动组件、支撑座、大弹簧、振动平台，底座上表面的凹槽内焊接有两组振动组件，且两组振动组件驱动振动平台的运动轨迹在水平方向上相互垂直，底座上表面上的凹槽周围焊接有支撑座，底座通过大弹簧与振动平台连接；所述的模型箱内设有水箱、透水石箱、岩土箱和与之分别对应的加压盒。
作为优选，所述的底座的下表面设置有立柱。
作为优选，所述的振动组件还包括支座、步进电机、凸轮、滑轨、从动件、支架，支座焊接在底座上表面的凹槽内，步进电机固定安装在支座内，步进电机的转轴顶端从支座上表面伸出，转轴顶端上安装有凸轮，凸轮旁边的滑轨一体连接在支座上，滑轨中滑动安装有从动件，从动件的半圆形端滑动连接在凸轮的轮廓上，从动件的另一端滑动连接在与支座一体连接的支架中。
作为优选，所述的从动件与滑轨滑动连接的一端为长方体状滑块，从动件与支架滑动连接的一端为圆柱状撞杆，支架与滑块之间的撞杆上安装有小弹簧。
作为优选，所述的撞杆前端的振动平台下表面上一体连接有挡板。
作为优选，所述的支撑座上表面与振动平台下表面之间不连接，留有空隙。
作为优选，所述的振动平台上面设置有对应不同尺寸模型箱的螺孔。
作为优选，所述的模型箱箱体为透明材质，透水石箱的两侧箱壁上设置有若干排透水孔，岩土箱中的箱壁上设置有对应加压盒的滑道，且与水箱对应的加压盒底面上设置有胶垫。
作为优选，所述的控制模块还包括电源、控制器、步进电机、传感器，电源安装在底座上，可手持的控制器上设置有处理器、控制按钮、显示器，传感器根据实验需要安装在模型箱的相应位置，处理器与电源、步进电机、传感器、控制按钮、显示器电信连接，电源为处理器、步进电机、传感器、控制按钮、显示器提供电力。
本发明另一目的在于提供一种用于地质实验的振动观测装置的使用方法：实验时，将选定尺寸的模型箱安装在振动平台上，向模型箱的水箱、透水石箱、岩土箱中加入水、透水石、岩土，接着在材料中加入相应的传感器，通电后，通过控制器控制振动组件中的步进电机工作，其上的凸轮驱动从动件反复撞击挡板，使振动平台在水平方向上摆动，摆动时因大弹簧而产生的垂直方向上的力由支撑座缓冲抵消，两组振动组件可单独驱动振动平台往一个方向前后摆动，也可一齐驱动振动平台摆动，可通过往加压箱内加入重物，模拟模拟不同环境下岩土层的压力、水压，也可通过在透水石箱外插入挡水板控制水从不同位置渗入岩土层中。
本发明的有益效果是：
1、实验时，通过控制器控制振动组件中的步进电机工作，其上的凸轮驱动从动件反复撞击挡板，使振动平台在水平方向上摆动，摆动时因大弹簧而产生的垂直方向上的力由支撑座缓冲抵消，两组振动组件可单独驱动振动平台往一个方向前后摆动，也可一齐驱动振动平台摆动，以此模拟地震时的横波。
2、实验时，将选定尺寸的模型箱安装在振动平台上，向模型箱的水箱、透水石箱、岩土箱中加入水、透水石、岩土，接着在材料中加入相应的传感器，可通过往加压箱内加入重物，再将加压箱放入相应的模型箱内，模拟不同环境下岩土层的压力、水压，也可通过在透水石箱外插入挡水板控制水从不同位置渗入岩土层中，方便实验时，更真实的模拟地震时的现象，以便研究学习。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的底座、振动组件的结构示意图；
图3是本发明图2的俯视图；
图4是本发明的振动平台的结构示意图；
图5是本发明的去除加压盒结构示意图；
图6是本发明图5的俯视图；
图7是本发明的主视图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
振动台1、模型箱2、底座3、振动组件4、支撑座5、大弹簧6、振动平台7、凹槽8、水箱9、透水石箱10、岩土箱11、加压盒12、立柱13、支座14、步进电机15、凸轮16、滑轨17、从动件18、支架19、滑块20、撞杆21、小弹簧22、挡板23、螺孔24、电源25、控制器26、传感器27、处理器28、处控制按钮29、显示器30、透水孔31、滑道32、胶垫33。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1至图7所示，一种用于地质实验的振动观测装置，包括振动台1、模型箱2、控制模块，所述的振动台1的上表面通过螺钉安装有模型箱2，其特征在于：所述的振动台1还包括底座3、振动组件4、支撑座5、大弹簧6、振动平台7，底座3上表面的凹槽8内焊接有两组振动组件4，且两组振动组件4驱动振动平台7的运动轨迹在水平方向上相互垂直，底座3上表面上的凹槽8周围焊接有支撑座5，底座3通过大弹簧6与振动平台7连接；所述的模型箱2内设有水箱9、透水石箱10、岩土箱11和与之分别对应的加压盒12。
所述的底座3的下表面设置有立柱13。
所述的振动组件4还包括支座14、步进电机15、凸轮16、滑轨17、从动件18、支架19，支座14焊接在底座3上表面的凹槽8内，步进电机15固定安装在支座14内，步进电机15的转轴顶端从支座14上表面伸出，转轴顶端上安装有凸轮16，凸轮16旁边的滑轨17一体连接在支座14上，滑轨17中滑动安装有从动件18，从动件18的半圆形端滑动连接在凸轮16的轮廓上，从动件18的另一端滑动连接在与支座14一体连接的支架19中。
所述的从动件18与滑轨17滑动连接的一端为长方体状滑块20，从动件18与支架19滑动连接的一端为圆柱状撞杆21，支架19与滑块20之间的撞杆21上安装有小弹簧22。
所述的撞杆21前端的振动平台7下表面上一体连接有挡板23。
所述的支撑座5上表面与振动平台7下表面之间不连接，留有空隙。
所述的振动平台7上面设置有对应不同尺寸模型箱2的螺孔24。
所述的控制模块还包括电源25、控制器26、步进电机15、传感器27，电源25安装在底座3上，可手持的控制器26上设置有处理器28、处控制按钮29、显示器30，传感器27根据实验需要安装在模型箱2的相应位置，处理器28与电源25、步进电机15、传感器27、处控制按钮29、显示器30电信连接，电源25为处理器28、步进电机15、传感器27、处控制按钮29、显示器30提供电力。
实验时，通过控制器26控制振动组件4中的步进电机15工作，其上的凸轮16驱动从动件18反复撞击挡板23，使振动平台7在水平方向上摆动，摆动时因大弹簧6而产生的垂直方向上的力由支撑座5缓冲抵消，两组振动组件4可单独驱动振动平台7往一个方向前后摆动，也可一齐驱动振动平台7摆动，以此模拟地震时的横波。
实施例2
如图1至图7所示，一种用于地质实验的振动观测装置，包括振动台1、模型箱2、控制模块，所述的振动台1的上表面通过螺钉安装有模型箱2，其特征在于：所述的振动台1还包括底座3、振动组件4、支撑座5、大弹簧6、振动平台7，底座3上表面的凹槽8内焊接有两组振动组件4，且两组振动组件4驱动振动平台7的运动轨迹在水平方向上相互垂直，底座3上表面上的凹槽8周围焊接有支撑座5，底座3通过大弹簧6与振动平台7连接；所述的模型箱2内设有水箱9、透水石箱10、岩土箱11和与之分别对应的加压盒12。
所述的模型箱2箱体为透明材质，透水石箱10的两侧箱壁上设置有若干排透水孔31，岩土箱11中的箱壁上设置有对应加压盒12的滑道32，且与水箱9对应的加压盒12底面上设置有胶垫33。
实验时，将选定尺寸的模型箱2安装在振动平台7上，向模型箱2的水箱9、透水石箱10、岩土箱11中加入水、透水石、岩土，接着在材料中加入相应的传感器27，可通过往加压箱内加入重物，再将加压箱放入相应的模型箱2内，模拟不同环境下岩土层的压力、水压，也可通过在透水石箱10外插入挡水板控制水从不同位置渗入岩土层中，方便实验时，更真实的模拟地震时的现象，以便研究学习。
本发明另一目的在于提供一种用于地质实验的振动观测装置的使用方法：实验时，将选定尺寸的模型箱2安装在振动平台7上，向模型箱2的水箱9、透水石箱10、岩土箱11中加入水、透水石、岩土，接着在材料中加入相应的传感器27，通电后，通过控制器26控制振动组件4中的步进电机15工作，其上的凸轮16驱动从动件18反复撞击挡板23，使振动平台7在水平方向上摆动，摆动时因大弹簧6而产生的垂直方向上的力由支撑座5缓冲抵消，两组振动组件4可单独驱动振动平台7往一个方向前后摆动，也可一齐驱动振动平台7摆动，可通过往加压箱内加入重物，模拟模拟不同环境下岩土层的压力、水压，也可通过在透水石箱10外插入挡水板控制水从不同位置渗入岩土层中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种用于岩土体振动测试的实验装置，包括振动台、模型箱、控制模块，所述的振动台的上表面通过螺钉安装有模型箱，其特征在于：所述的振动台还包括底座、振动组件、支撑座、大弹簧、振动平台，底座上表面的凹槽内焊接有两组振动组件，且两组振动组件驱动振动平台的运动轨迹在水平方向上相互垂直，底座上表面上的凹槽周围焊接有支撑座，底座通过大弹簧与振动平台连接；所述的模型箱内设有水箱、透水石箱、岩土箱和与之分别对应的加压盒。
2.根据权利要求1所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的底座的下表面设置有立柱。
3.根据权利要求1所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的振动组件还包括支座、步进电机、凸轮、滑轨、从动件、支架，支座焊接在底座上表面的凹槽内，步进电机固定安装在支座内，步进电机的转轴顶端从支座上表面伸出，转轴顶端上安装有凸轮，凸轮旁边的滑轨一体连接在支座上，滑轨中滑动安装有从动件，从动件的半圆形端滑动连接在凸轮的轮廓上，从动件的另一端滑动连接在与支座一体连接的支架中。
4.根据权利要求3所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的从动件与滑轨滑动连接的一端为长方体状滑块，从动件与支架滑动连接的一端为圆柱状撞杆，支架与滑块之间的撞杆上安装有小弹簧。
5.根据权利要求4所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的撞杆前端的振动平台下表面上一体连接有挡板。
6.根据权利要求1所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的支撑座上表面与振动平台下表面之间不连接，留有空隙。
7.根据权利要求1所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的振动平台上面设置有对应不同尺寸模型箱的螺孔。
8.根据权利要求1所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的模型箱箱体为透明材质，透水石箱的两侧箱壁上设置有若干排透水孔，岩土箱中的箱壁上设置有对应加压盒的滑道，且与水箱对应的加压盒底面上设置有胶垫。
9.根据权利要求1所述一种用于岩土体振动测试的实验装置，其特征在于：所述的控制模块还包括电源、控制器、步进电机、传感器，电源安装在底座上，可手持的控制器上设置有处理器、控制按钮、显示器，传感器根据实验需要安装在模型箱的相应位置，处理器与电源、步进电机、传感器、控制按钮、显示器电信连接，电源为处理器、步进电机、传感器、控制按钮、显示器提供电力。
10.一种用于岩土体振动测试的实验装置的使用方法：实验时，将选定尺寸的模型箱安装在振动平台上，向模型箱的水箱、透水石箱、岩土箱中加入水、透水石、岩土，接着在材料中加入相应的传感器，通电后，通过控制器控制振动组件中的步进电机工作，其上的凸轮驱动从动件反复撞击挡板，使振动平台在水平方向上摆动，摆动时因大弹簧而产生的垂直方向上的力由支撑座缓冲抵消，两组振动组件可单独驱动振动平台往一个方向前后摆动，也可一齐驱动振动平台摆动，可通过往加压箱内加入重物，模拟模拟不同环境下岩土层的压力、水压，也可通过在透水石箱外插入挡水板控制水从不同位置渗入岩土层中。
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