CN117330395B - 一种模拟粘弹性边界的模型箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟粘弹性边界的模型箱，属于土木工程技术领域。该模型箱包括安装架具有安装面。滑动单元具有用于放置土体的容置空间。滑动单元安装在安装面上，并与安装架在第一方向上弹性连接。滑动单元沿第三方向层叠设置在安装架内，相邻的滑动单元沿第一方向滑动。定位块安装在滑动单元上。相邻滑动单元上开设有滑槽，定位块位于滑槽内。第一锁止件的一端在滑槽内，第一锁止件运动以与定位块抵接并与定位槽的侧面以及定位块抵接，以固定相邻的两个滑动单元。该发明通过调节相邻滑动单元在第一方向上的最大位移。防止在达到试验效果前，滑动单元在第一方向上过度移动，使土体产生塑性变形，使得试验土体能够完成弹性变形阶段的各项研究。

Description

一种模拟粘弹性边界的模型箱
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种模拟粘弹性边界的模型箱。
背景技术
地震模拟振动台模型试试验能够模拟不同震级的地震全过程，是研究结构地震动力响应规律和变形破坏特征较直接、有效的手段，广泛运用于研究土-结构动力相互作用体系的抗震性能研究中。
根据申请人检索发现公告号为CN113720562A名称为一种振动台试验剪切模型箱的中国专利中提及了一种剪切模型箱包括：底架、围框架、双向滚动装置、复位装置和刚度调节装置；所述围框架沿垂直水平面方向分层设置于底架上；所述双向滚动装置包括位于相邻围框架间的层间滚动装置和框外滚动装置，围框架结合双向滚动装置，使得围框架层间以及框外表面均实现自由滚动；复位装置错层设计，使沿高度向上方向的刚度递减；刚度调节装置通过点接触以及限制围框架层与层之间的竖向“分离”，确保了模型箱双向协调运动，优化了刚度，解决了当前装置未能实现真正意义上的双向协调运动。
其次公告号为CN112781977A名称为反力式叠层剪切模型箱的中国专利中提及了一种剪切模型箱包括吊环、刚性底座、静力台、叠环、立杆、往复作动器及反力墙等。沿刚性底座长边方向对称设有同材质的立杆和吊环，在其上表面自下往上依次设置有第1层至第n层等厚度的硬铝合金剪切框，除第1层为固定层，其余n－1层均为可以发生自由横向位移的活动层。在静力台的左端部设有反力墙，反力墙上分别装有与各活动层中心高度一致的一系列往复作动器，往复作动器的另一端与相应高度的硬铝合金剪切框铰接。剪切箱内侧安设有橡皮膜，以适应剪切箱的内部尺寸并防止试验时箱内土体和水发生泄漏。
以上述专利为代表的现有技术均采用可相互滑动的剪切框以模拟地震时土体的剪切变形，但由于剪切框的厚度固定及内部尺寸固定，不能调节，试验时不能根据不同土样的土体尺寸及其分层特性对土样的剪切厚度及尺寸进行调节。
发明内容
本发明提供一种模拟粘弹性边界的模型箱，用于解决上述的技术问题。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：一种模拟粘弹性边界的模型箱包括安装架、滑动单元、定位块和第一锁止件。安装架具有安装面。滑动单元具有用于放置土体的容置空间。滑动单元安装在安装面上，并与安装架在第一方向上弹性连接。滑动单元沿第三方向层叠设置在安装架内，相邻的滑动单元沿第一方向滑动，第一方向平行于安装面，第三方向垂直于安装面。定位块一一对应的安装在滑动单元上，并沿第三方向远离滑动单元。相邻滑动单元上开设有与定位块对应的滑槽，定位块的另一端位于相邻滑动单元的滑槽内。第一锁止件的一端在滑槽内，第一锁止件相对于滑槽沿第一方向运动以与定位块抵接。
在试验期间滑动单元沿第一方向运动，以带动该滑动单元上的定位块在相邻的滑动单元的第一锁止件和滑槽远离第一锁止件的侧面之间沿第一方向运动。
这样，操作者可以通过调节滑动单元上的第一锁止件与滑槽远离第一锁止件的侧面之间的距离，以调节在第三方向上相邻的滑动单元在第一方向上的最大位移。以防止在达到试验效果前，滑动单元在第一方向上过度移动，以使土体产生塑性变形，使得试验土体能够完成弹性变形阶段的各项研究。
第一锁止件与定位槽的侧面与相邻滑动单元上的定位块抵接，以固定相邻的两个滑动单元。以使得试验时，相邻的滑动单元同时运动，进而调节试验时土样的剪切厚度。
通过上述结构，本发明提供的一种模拟粘弹性边界的模型箱能够对模拟土体在地震下的剪切变形，并能够根据不同土样的土体尺寸及其分层特性对土样的剪切厚度进行调节。从而无需对剪切箱进行再次设计制造，进而节约试验经费，减少了试验的准备时间。
具体地，将安装架放置在试验装置上，并在容置空间内放入土体。随后在试验装置所发出的地震波激励下，滑动单元之间产生沿第一方向上的相对滑动，在第三方向远离安装面的滑动单元的滑动位移依次增大，以模拟土体的剪切变形。
由于滑动单元与安装架在第一方向上弹性连接。能够较好的模拟黏弹性边界，进而有效地降低箱内土体四周的边界效应。同时保证模型箱框架层与层之间变形协调的连续性，实现地震激励下有限空间的模型箱中的模型土体与半无限空间的原型土的性能保持一致，以增强模拟的准确性。
在此期间，定位块在第一锁止件和滑槽远离第一锁止件的侧面之间沿第一方向运动。当滑动单元沿第一方向过度位移的趋势时，会带动定位块与相邻的滑动单元上的第一锁止件或滑槽远离第一锁止件的侧面抵接。
由于地震模拟振动台试验中，地震动所释放的能力较大，难以预判一些精细的结果，比如在何种地震工况下，土体会产生塑性变形等，因此针对不同工况，操作者可逐步增加第一锁止件和滑槽远离第一锁止件的侧面之间的距离，以防止滑动单元过度滑动，进而防止在达到试验效果前，土体产生塑性变形，使得试验土体能够完成弹性变形阶段的各项研究。
当需要调节土样的剪切厚度时，操作者可以通过使得第一锁止件与定位槽的侧面分别与相邻滑动单元上的定位块抵接，以固定相邻的两个滑动单元。以使得试验时，相邻的滑动单元同时运动，进而调节试验时土样的剪切厚度。以适用试验中不同尺寸的土体。
可选地，第一锁止件的周侧上具有第一外螺纹，滑动单元沿第一方向分布的侧面上开设有与第一锁止件螺纹配合的第一螺纹孔，第一螺纹孔与滑槽相连通，第一锁止件的一端位于滑动单元外，第一锁止件的另一端位于滑槽内。
可选地，滑动单元包括剪切框和滑动件。剪切框安装在安装面上，并与安装架在第一方向上弹性连接。剪切框沿第三方向层叠设置在安装架内。剪切框沿第二方向分布的内壁上均开设有与滑动件对应的滑动槽。滑动件的两端分别位于剪切框的相对两个内壁的滑动槽内，容置空间由剪切框和滑动件围设形成。滑动件相对于剪切框沿第一方向滑动以调节容置空间的体积。第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。
可选地，一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第二锁止件。第二锁止件的周侧上具有第二外螺纹，剪切框沿第一方向延伸的侧面上开设有与第二锁止件螺纹配合的第二螺纹孔，第二螺纹孔沿第一方向均匀分布，第二螺纹孔与滑动槽相连通，第二锁止件的一端位于剪切框外，第二锁止件的另一端位于滑动槽内并用于与滑动槽的内壁配合以固定滑动件。
可选地，一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括凸台和连接件。凸台安装在剪切框与第一方向垂直的侧面上。连接件的两端分别套设在相邻的剪切框上的凸台外，以固定相邻的剪切框。
可选地，安装架包括安装板、立柱和顶板。安装板具有安装面。两个立柱分别安装在安装面上，并位于剪切框沿第二方向上的相对两侧。剪切框与两个立柱在第一方向上弹性连接。顶板两端分别安装在两个立柱沿第三方向远离安装面的一端上。顶板与远离安装面的剪切框抵接，以使得相邻的剪切框在第三方向上相互抵接。
可选地，一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第一弹簧和阻尼器。第一弹簧与剪切框对应，第一弹簧的一端安装在立柱上，第一弹簧的另一端安装在剪切框上。剪切框相对于立柱沿第一方向运动以压缩和/或拉伸第一弹簧。阻尼器与剪切框对应，阻尼器的一端安装在立柱上，阻尼器的另一端安装在剪切框上。剪切框相对于立柱沿第一方向运动以带动阻尼器的另一端相对于阻尼器的一端缩回和/或伸出。
可选地，一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第二弹簧。第二弹簧的一端安装在剪切框垂直第一方向的侧面上，第二弹簧的另一端安装在相邻剪切框垂直第一方向的侧面上。
可选地，一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第一轴承和第二轴承。第一轴承与剪切框对应，第一轴承转动安装在立柱朝向剪切框的侧面上，并用于与剪切框抵接。第二轴承转动安装在顶板朝向剪切框的侧面上，并用于与剪切框沿第三方向靠近顶板的侧面抵接。
可选地，一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第三轴承。第三轴承转动安装在剪切框上，并与相邻的剪切框抵接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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为本发明实施例提供的一种模拟粘弹性边界的模型箱的结构示意图；
图2为沿图1中A-A路径进行剖切后得到的剖视图；
图3为图2中E1处的放大图；
图4为沿图2中E-E路径进行剖切后得到的剖视图；
图5为图1中B方向上的一种模拟粘弹性边界的模型箱的结构示意图；
图6为图1中C方向上的一种模拟粘弹性边界的模型箱的结构示意图；
图7为图1中D处的放大图；
图8为本发明实施例提供的滑动单元的结构示意图；
图9为图8中F处的放大图；
图10为沿图8中G-G路径进行剖切后得到的剖视图。
图中：
1-安装架；101-安装面；11-安装板；12-立柱；13-顶板；2-滑动单元；201-滑槽；202-滑动槽；203-容置空间；21-剪切框；22-滑动件；23-第二锁止件；24-凸台；25-连接件；26-第二弹簧；27-阻尼器；28-第一弹簧；3-定位块；4-第一锁止件；5-第一轴承；51-第二轴承；52-第三轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例：在地震激励下，要保证有限空间模型箱中的模型土体与半无限空间的原型土体的性能保持一致，就必须根据结构原型尺寸、结合相似理论，推算最优的模型尺寸、土体的埋深，分层特性等参数，并为模型土体设置相对应的黏弹性边界。由相似理论可知，土-结构相互作用试验中，不同的缩尺结构模型选取的尺寸、物理力学性质等参数不同，选取有限空间土体模型的大小，分层特性，物理力学参数等特征也不相同，同时不同土体在不同地震动激励条件下，其竖直方向上各点的剪切位移也不相同。
现有技术均采用剪切框对土壤剪切以模拟地震对土壤的剪切，但由于其剪切框的厚度，一定不能调节，试验时，不能根据不同土样的土体尺寸及其分层特性对土样的剪切厚度进行调节。而单次振动台试验中包括，试验方案设计、相似材料配制、模型制作、地震动加载等，会耗费大量的人力、物力，而振动台试验模型箱设计与制作成本通常较大，因此，为土样和结构相互作用体系的抗震性能研究制作一种可适应不同土体尺寸及其分层特性、并能够为其设置粘弹性边界的剪切模型箱，可极大地减少振动台试验地工作量，同时有效地模拟半无限空间的土体性能，使结构的抗震响应数据更加贴近实际，并为实际结构工程提供理论指导。
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种模拟粘弹性边界的模型箱，如图1和图2所示一种模拟粘弹性边界的模型箱包括安装架1、滑动单元2、定位块3和第一锁止件4。其中安装架1采用Q355钢材制造并具有安装面101。需要说明的是为了方便后续的描述，本实施例引入如图1-图10所示的第一方向X、第二方向Y和第三方向Z。第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直。且第一方向X和第二方向Y平行于安装面101。滑动单元2在第一方向X上长度为4000mm，在第二方向Y上长度2200mm，在第三方向Z上长度为100mm，定位块3为方形钢柱在第一方向X上长度为20mm，在第二方向Y上长度20mm，在第三方向Z上长度为150mm。
滑动单元2具有用于放置土体的容置空间203。滑动单元2为二十个，上述二十个滑动单元2，沿第三方向Z层叠设置，并沿第一方向X相互滑动，在第三方向Z上最靠近安装面101的滑动单元2固定在安装面101上，剩余的滑动单元2与安装架1在第一方向X上弹性连接。滑动单元2沿第三方向Z层叠设置在安装架1内。如图8所示定位块3一一对应的安装在滑动单元2上，并沿第三方向Z远离滑动单元2。相邻滑动单元2上开设有与定位块3对应的滑槽201，滑槽201沿第一方向X延伸其长度为50mm。定位块3的另一端位于相邻滑动单元2的滑槽201内。
需要说明的是，如图2所示相邻的滑动单元2的定位块3和滑槽201沿第二方向Y左右交替的设置在滑动单元2上。第一锁止件4的一端在滑槽201内，第一锁止件4相对于滑槽201沿第一方向X运动以与定位块3抵接。
在试验期间滑动单元2沿第一方向X运动，以带动该滑动单元2上的定位块3在相邻的滑动单元2的第一锁止件4和滑槽201远离第一锁止件4的侧面之间沿第一方向X运动。
这样，操作者可以通过调节滑动单元2上的第一锁止件4与滑槽201远离第一锁止件4的侧面之间的距离，以调节在第三方向Z上相邻的滑动单元2在第一方向X上的最大位移（其最大位移范围为0mm-30mm）。以防止在达到试验效果前，滑动单元2在第一方向X上过度移动，而使土体产生塑性变形，使得试验土体能够完成弹性变形阶段的各项研究。
第一锁止件4和定位槽的侧面与相邻滑动单元2上的定位块3抵接，以固定相邻的两个滑动单元2。以使得试验时，相邻的滑动单元2同时运动，进而调节试验时土样的剪切厚度。
通过上述结构，本实施例提供的一种模拟粘弹性边界的模型箱能够对模拟土体在地震下的剪切变形，并能够根据不同土样的土体尺寸及其分层特性对土样的剪切厚度进行调节。从而无需对剪切箱进行再次设计制造，进而节约试验经费，减少了试验的准备时间。
具体地，将安装架1放置在试验装置上，并在容置空间203内铺设塑料膜后再在塑料膜上放入土体，以防止土体从滑动单元2间隙间掉落。随后在试验装置所发出的地震波激励下，滑动单元2之间产生沿第一方向X上的相对滑动，在第三方向Z远离安装面101的滑动单元2的滑动位移依次增大，以模拟土体的剪切变形。
由于滑动单元2与安装架1在第一方向X上弹性连接。能够较好的模拟黏弹性边界，进而有效地降低箱内土体四周的边界效应。同时保证模型箱框架层与层之间变形协调的连续性，实现地震激励下有限空间的模型箱中的模型土体与半无限空间的原型土的性能保持一致，以增强模拟的准确性。
在此期间，定位块3在第一锁止件4和滑槽201远离第一锁止件4的侧面之间沿第一方向X运动。当滑动单元2沿第一方向X过度位移的趋势时，会带动定位块3与相邻的滑动单元2上的第一锁止件4或滑槽201远离第一锁止件4的侧面抵接。
由于地震模拟振动台试验中，地震动所释放的能量较大，难以预判一些精细的结果，比如在何种地震工况下，土体会产生塑性变形等，因此针对不同工况，操作者可逐步增加第一锁止件4和滑槽201远离第一锁止件4的侧面之间的距离，以防止滑动单元2过度滑动，进而防止在达到试验效果前，土体产生塑性变形，使得试验土体能够完成弹性变形阶段的各项研究。
当需要调节土样的剪切厚度时，操作者可以通过使得第一锁止件4与定位槽的侧面分别与相邻滑动单元2上的定位块3抵接，以固定相邻的两个滑动单元2。以使得试验时，相邻的滑动单元2同时运动，进而调节试验时土样的剪切厚度。以适用试验中不同尺寸的土体。
基于上述基础。如图2和图3所示第一锁止件4可以为螺栓，第一锁止件4的周侧上具有第一外螺纹，滑动单元2沿第一方向X分布的侧面上开设有与第一锁止件4螺纹配合的第一螺纹孔，第一螺纹孔与滑槽201相连通，第一锁止件4的一端位于滑动单元2外，第一锁止件4的另一端位于滑槽201内。
这样操作者可以通过转动第一锁止件4以调节第一锁止件4与滑槽201远离第一锁止件4的侧面的距离进而调节相邻的滑动单元2能够在第一方向X滑动的距离。如图3所示当第一锁止件4与滑槽201远离第一锁止件4的侧面的距离为H时（20<H<50mm）滑动单元2能够在第一方向X滑动的距离为H－20mm。当H=20mm时第一锁止件4与定位槽的侧面分别与相邻滑动单元2上的定位块3抵接，以固定相邻的两个滑动单元2。
基于上述基础，为了使得滑动单元2能够适应不同体积的土体。如图8所示滑动单元2包括剪切框21和滑动件22。其中剪切框21由横截面为100mm*100mm、壁厚为3mm、长度分别为2000mm和4000mm的四根方形钢管焊接而成，其中长度为4000mm的方形钢管沿第一方向X延伸，两个长度为2000mm的方形钢管沿第二方向Y延伸，长度为2000mm的钢管的两端分别通过焊接安装在两个长度为4000mm的方形钢管上，以为围设呈剪切框21。如图9所示定位块3安装在长度为4000mm的方形钢管上并沿第三方向Z远离剪切框21。滑槽201开设在长度为4000mm的方形钢管沿第三方向Z分布的侧面上，并沿第一方向X延伸。
剪切框21安装在安装面101上，并与安装架1在第一方向X上弹性连接。剪切框21沿第三方向Z层叠设置在安装架1内。如图8所示剪切框21沿第二方向Y分布的内壁上均开设有与滑动件22对应的滑动槽202。滑动件22的两端分别位于剪切框21的相对两个内壁的滑动槽202内，容置空间203由剪切框21和滑动件22围设形成。这样，滑动件22相对于剪切框21沿第一方向X滑动以调节容置空间203的体积。
更优地，如图8所示滑动件22为两个，容置空间203由剪切框21上的长度为4000mm的方形钢管的部分和两个滑动件22围设形成。这样使得容置空间203可以跟随两个滑动件22沿第一方向X运动从而一直位于剪切框21的中部。
基于上述基础，为了使得滑动件22能够相对于剪切框21定位。如图10所示一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第二锁止件23。第二锁止件23可以为螺栓。第二锁止件23的周侧上具有第二外螺纹，剪切框21沿第一方向X延伸的侧面上开设有与第二锁止件23螺纹配合的第二螺纹孔，第二螺纹孔沿第一方向X均匀分布，滑动槽202与方形钢管的内部形成燕尾槽。第二螺纹孔与上述燕尾槽相连通。第二锁止件23的一端位于剪切框21外，第二锁止件23的另一端位于燕尾槽内并用于与燕尾槽的内壁配合以固定滑动件22。从而相对于剪切框21固定滑动件22。
基于上述基础。如图5所示一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括凸台24和连接件25。凸台24安装在剪切框21与第一方向X垂直的侧面上。连接件25的两端分别套设在相邻的剪切框21上的凸台24外，以固定相邻的剪切框21。从而使得相邻的剪切框21能够更为牢固的固定在一起。
需要说明的是，凸台24可以为螺柱，上述凸台24为与二十个剪切框21一一对应的二十组。每组凸为沿第二方向Y均匀分布在剪切框21与第一方向X垂直的侧面上的六个。连接件25可以套设在相邻的剪切框21所相互对应的凸台24外，并通过螺母相对于凸台24固定，以使得相邻的两个剪切框21相互固定。
更优地，如图5所示连接件25可以套设在相邻三个的剪切框21所相互对应的凸台24外，并通过螺母相对于凸台24固定，以使得相邻的三个剪切框21相互固定。这样，操作者可以通过上述操作方式使得任意数量的剪切框21相互固定。进而进一步调节试验时土样的剪切厚度。
基于上述基础。如图1所示安装架1包括安装板11、立柱12和顶板13。安装板11具有安装面101。立柱12为两两一组的4组，每组的两个立柱12分别安装在安装面101上，并位于剪切框21沿第二方向Y上的相对两侧。剪切框21与两个立柱12在第一方向X上弹性连接。如图1所示安装架1还包括用于连接位于安装板11同一侧顶部的连接梁。顶板13两端分别安装在两个立柱12沿第三方向Z远离安装面101的一端上。顶板13与远离安装面101的剪切框21抵接，以使得相邻的剪切框21在第三方向Z上相互抵接。以防止土体进入剪切框21在第三方向Z上的缝隙中，进而带动剪切框21向第三方向Z运动的情况发生。
需要说明的是上述立柱12和顶板13和连接梁都采用H形槽钢制造。
基于上述基础，为了使得该装置能够较好的模拟黏弹性边界，进而有效地降低箱内土体四周的边界效应。如图6所示一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第一弹簧28和阻尼器27。第一弹簧28与剪切框21对应，第一弹簧28的一端安装在立柱12上，第一弹簧28的另一端安装在剪切框21上。剪切框21相对于立柱12沿第一方向X运动以压缩和拉伸第一弹簧28。阻尼器27与剪切框21对应，阻尼器27的一端安装在立柱12上，阻尼器27的另一端安装在剪切框21上。剪切框21相对于立柱12沿第一方向X运动以带动阻尼器27的另一端相对于阻尼器27的一端缩回和伸出。
需要说明的是为了使得第一弹簧28和阻尼器27能够较好的模拟黏弹性边界。
上述第一弹簧28的弹性系数KBN满足：
；
上式中A为边界节点影响面积（单层剪切框的容置空间沿第一方向X在垂直于第一方向X的平面上的投影面积），XN为每层滑动件上所挂弹簧个数,R为波源至人工边界点的距离（波源点取安装面正中心，人工边界点分别取各层取剪切框21正中心）；G为土体的剪切模量；αN为切向粘弹性人工边界参数。由于粘弹性人工边界是基于全空间波动理论（全空间波动理论（Full-wave theory）是电磁波传播和散射问题中的一种理论方法。它是基于麦克斯韦方程组和边界条件的完全解析解，可以它可以描述平面波、球面波、柱面波等不同类型的波动现象。）推导得出的，直接用于半空间问题时，粘弹性动力人工边界的刚度系数会偏大，计算表明，粘弹性人工边界有良好的鲁棒性，人工边界参数αT可以在一定范围内取值，均可以给出良好的计算结果，本实施例中αN的取值范围为[0.35，0.65]。
上述阻尼器27的阻尼系数CBN应满足：
；
；
上式中ρ为土体质量密度，CP为土体p波波速，V为土体的泊松比，E为土体的弹性模量。
基于上述基础。如图5所示一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第二弹簧26。第二弹簧26的一端安装在剪切框21垂直第一方向X的侧面上，第二弹簧26的另一端安装在相邻剪切框21垂直第一方向X的侧面上。
需要说明的是为了使得第二弹簧26能够较好的模拟黏弹性边界。
上述第一弹簧28的弹性系数KBT满足：
；
上式中XT为每层剪切框上所挂弹簧个数，αT为法向粘弹性人工边界参数。由于粘弹性人工边界是基于全空间波动理论推导得出的，直接用于半空间问题时，粘弹性动力人工边界的刚度系数会偏大，计算表明，粘弹性人工边界有良好的鲁棒性，人工边界参数αT可以在一定范围内取值，均可以给出良好的计算结果，本实施例中αT的取值范围为[0.8，1.2]。
更优地，上述第一弹簧28、第二弹簧26和阻尼器27均采用螺钉可拆卸安装在剪切框21和立柱12上。以方便操作者根据土样更换第一弹簧28、第二弹簧26和阻尼器27。
基于上述基础，为了使得剪切框21能够相对于安装架1更好的滑动。如图6和图7所示一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第一轴承5和第二轴承51。如图7所示第一轴承5与剪切框21对应，第一轴承5转动安装在立柱12朝向剪切框21的侧面上，并用于与剪切框21抵接。如图6所示第二轴承51转动安装在顶板13朝向剪切框21的侧面上，并用于与剪切框21沿第三方向Z靠近顶板13的侧面抵接。且第一轴承5和第二轴承51在与剪切框21的抵接处的转动方向的切线与第一方向X平行。
基于上述基础，为了使得剪切框21之间能够更好的滑动。如图4所示一种模拟粘弹性边界的模型箱还包括第三轴承52。第三轴承52转动安装在剪切框21上，并与相邻的剪切框21抵接。且第三轴承52在与剪切框21的抵接处的转动方向的切线与第一方向X平行。
由上述可知本实施例提供的一种模拟粘弹性边界的模型箱能够可适应不同土体尺寸及其分层特性、并能够为其设置粘弹性边界。并能防止在达到试验效果前土体产生塑性变形，使得试验土体能够完成弹性变形阶段的各项研究。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明记载的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，包括：
安装架，具有安装面；
滑动单元，具有用于放置土体的容置空间，所述滑动单元安装在所述安装面上，并与所述安装架在第一方向上弹性连接，所述滑动单元沿第三方向层叠设置在所述安装架内，相邻的所述滑动单元沿所述第一方向滑动，所述第一方向平行于所述安装面，所述第三方向垂直于所述安装面；
定位块，一一对应的安装在所述滑动单元上，并沿所述第三方向远离所述滑动单元，相邻所述滑动单元上开设有与所述定位块对应的滑槽，所述定位块的另一端位于相邻所述滑动单元的所述滑槽内；
第一锁止件，一端在所述滑槽内，所述第一锁止件相对于所述滑槽沿所述第一方向运动以与所述定位块抵接，所述第一锁止件与定位槽的侧面与相邻所述滑动单元上的所述定位块抵接，以固定相邻的两个所述滑动单元；
第一弹簧，与所述滑动单元对应，所述第一弹簧的一端安装在所述安装架上，所述第一弹簧的另一端安装在所述滑动单元上，所述滑动单元相对于所述安装架沿所述第一方向运动以压缩和/或拉伸所述第一弹簧；
阻尼器，与所述滑动单元对应，所述阻尼器的一端安装在所述安装架上，所述阻尼器的另一端安装在所述滑动单元上，所述滑动单元相对于所述安装架沿所述第一方向运动以带动所述阻尼器的另一端相对于所述阻尼器的一端缩回和/或伸出；
第二弹簧，安装在所述滑动单元上。
2.根据权利要求1所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，所述第一锁止件的周侧上具有第一外螺纹，所述滑动单元沿所述第一方向分布的侧面上开设有与所述第一锁止件螺纹配合的第一螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述滑槽相连通，所述第一锁止件的一端位于所述滑动单元外，所述第一锁止件的另一端位于所述滑槽内。
3.根据权利要求2所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，所述滑动单元包括：
剪切框，安装在所述安装面上，并与所述安装架在第一方向上弹性连接，所述剪切框沿所述第三方向层叠设置在所述安装架内，并与所述第一弹簧以及所述阻尼器相对应，所述第二弹簧的一端安装在所述剪切框垂直所述第一方向的侧面上，另一端安装在相邻所述剪切框垂直所述第一方向的侧面上；
滑动件，所述剪切框沿第二方向分布的内壁上均开设有与所述滑动件对应的滑动槽，所述滑动件的两端分别位于所述剪切框的相对两个内壁的滑动槽内，所述容置空间由所述剪切框和所述滑动件围设形成，所述滑动件相对于所述剪切框沿所述第一方向滑动以调节所述容置空间的体积，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
4.根据权利要求3所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，还包括：
第二锁止件，周侧上具有第二外螺纹，所述剪切框沿所述第一方向延伸的侧面上开设有与所述第二锁止件螺纹配合的第二螺纹孔，所述第二螺纹孔沿所述第一方向均匀分布，所述第二螺纹孔与所述滑动槽相连通，所述第二锁止件的一端位于所述剪切框外，所述第二锁止件的另一端位于所述滑动槽内并用于与所述滑动槽的内壁配合以固定所述滑动件。
5.根据权利要求4所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，还包括：
凸台，安装在所述剪切框与所述第一方向垂直的侧面上；
连接件，两端分别套设在相邻的所述剪切框上的所述凸台外，以固定相邻的所述剪切框。
6.根据权利要求5所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，所述安装架包括：
安装板，具有所述安装面；
两个立柱，分别安装在所述安装面上，并位于所述剪切框沿所述第二方向上的相对两侧，所述剪切框与所述立柱在第一方向上弹性连接，所述第一弹簧的一端安装在所述立柱上，所述第一弹簧的另一端安装在所述剪切框上，所述剪切框相对于所述立柱沿所述第一方向运动以压缩和/或拉伸所述第一弹簧，所述阻尼器的一端安装在所述立柱上，所述阻尼器的另一端安装在所述剪切框上；
顶板，两端分别安装在所述立柱沿所述第三方向远离所述安装面的一端上，所述顶板与远离所述安装面的所述剪切框抵接，以使得相邻的所述剪切框在所述第三方向上相互抵接。
7.根据权利要求6所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，还包括：
第一轴承，与所述剪切框对应，所述第一轴承转动安装在所述立柱朝向所述剪切框的侧面上，并用于与所述剪切框抵接；
第二轴承，转动安装在所述顶板朝向所述剪切框的侧面上，并用于与所述剪切框沿第三方向靠近所述顶板的侧面抵接。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的一种模拟粘弹性边界的模型箱，其特征在于，还包括：
第三轴承，转动安装在所述剪切框上，并与相邻的所述剪切框抵接。
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