CN206609732U - 一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土体振动测试装置技术领域，具体涉及一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，包括土工模型箱，土工模型箱内填充有土体，土体上表面设有土工布，土工布上表面设有气囊，气囊上铺设有盖板，土工模型箱的一侧外设有空气压缩机，空气压缩机连接有气管，气管上设有压力控制阀，气囊外设有出气管，出气管端头也设有压力控制阀，气囊上表面设有压力表，拉杆底面设有第一螺纹孔，第一螺纹孔内穿设有螺栓，螺栓与第二螺纹孔匹配，矩形通孔内穿设有横梁，螺旋顶杆下端伸入土工模型箱内、且底端设有万向轮。其目的是：解决现有的土工振动台模型箱上覆压力加载装置设计缺陷存在测量误差较大的问题。

Description

一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置

技术领域

本实用新型属于土体振动测试装置技术领域，具体涉及一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置。

背景技术

土的强度和变形模量随着作用在土上的竖向应力的增加而变大。土体中某一点受到的竖向压力一般是因为上面覆盖的土层的自重引起的，称为上覆压力。上覆压力越大，土变得越坚硬，这种现象称为土的压硬性，是土最重要的性质。振动台实验时，需要把土体放到土工模型箱里面，再固定到振动台的台面上进行实验。但是一般的土工模型箱都不能施加竖向压力，导致无法研究上覆压力加载后对土壤振动时各项性质的改变。因此，进行振动台实验时对土体施加不同的上覆压力，可以研究符合实际情况的土体在振动激励下的加速度、变形和孔隙水压力的变化特征，为实际工程提供正确的指导，具有重要的工程实用价值。

在本实用新型之前，中国专利(CN104316282A)公开了一种土工振动台试验上覆压力加载方法，但是该方法只能适用于四个侧壁均为固定的平板的简单刚性土工模型箱上。但是在实际情况下，地基是没有边界的。而在模型试验中，只能在有限尺寸的容器里来模拟原型地基。这样，由于其边界上的波动反射以及体系振动形态的变化将会给试验结果带来误差，即所谓的“模型箱效应”。叠层模型箱可以较好地克服这一问题，其一般由10～20层圆形或矩形平面刚性框架由下至上叠合，每两层框架之间设置轴承(或橡胶层)制成的柔性模型箱。这种模型箱在模拟土的剪切变形方面优于其他两种，并且因为采用了刚性框架，对土体能提供较好的侧向约束力，而轴承或橡胶层允许模型箱以剪切梁的方式变形，可以很好地模拟土的剪切变形。然而，近年来国外有关岩土结构的振动台模型试验多采用叠层模型箱来完成。另外上述加载装置的质量会全部施加到模型箱系统之上，这会改变测试物的动力特性，引起较大的误差。

实用新型内容

本实用新型目的是：旨在提供一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，用来解决现有的土工振动台模型箱上覆压力加载装置设计缺陷存在测量误差较大的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，包括土工模型箱，所述土工模型箱内填充有土体，所述土体上表面设有土工布，所述土工布上表面设有气囊，所述气囊上铺设有盖板，所述土工模型箱的一侧外设有空气压缩机，所述空气压缩机连接有气管，所述气管上设有压力控制阀，所述气管于压力控制阀的另一端穿过盖板与气囊连接，所述气囊外设有出气管，所述出气管端头也设有压力控制阀，所述气囊上表面设有压力表，所述土工模型箱的前后侧壁外设有四根拉杆，所述四根拉杆分成左右两组、且每组的拉杆分别位于土工模型箱的前后侧壁外，所述拉杆为上端开口的腔状结构，所述拉杆底面设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔内穿设有螺栓，所述土工模型箱底板延伸至前后侧壁外，所述土工模型箱底板于螺栓处对应设有第二螺纹孔，所述螺栓与第二螺纹孔匹配，所述每组拉杆上端均设有矩形通孔，所述矩形通孔内穿设有横梁，所述横梁于每组拉杆之间等距设有两个第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内穿设有螺旋顶杆，所述螺旋顶杆下端伸入土工模型箱内、且底端设有与盖板相抵的万向轮。

采用上述技术方案的实用新型，先将土体装入土工模型箱中，然后依次放入土工布、气囊和盖板，然后通过空气压缩机向气囊充气，观察压力表，当压力表读数小于需要施加的压力时，实验人员打开气管处的压力控制阀进行充气，以提高施加的压力。当压力表读数大于需要施加的压力的时，实验人员打开出气管处的压力控制阀进行排气，以降低施加的压力；将拉杆通过螺栓与第二螺纹孔配合固定安装于土工模型箱底板上，再将横梁插入拉杆的矩形通孔内，通过旋转螺旋顶杆调节其穿过横梁向土工模型箱内部伸入的距离，螺旋顶杆通过万向滑轮与盖板接触，限制盖板在竖直方向的运动，但是可以允许盖板在水平方向上的移动，以减小土体上表面受到的水平方向的约束和因此产生的摩擦力，通过这种方式可以尽量允许土体以“剪切梁”的方式变形，可以很好地模拟土的剪切变形。

该方案使用拉杆的方式与土工模型箱底板连接，可以适用于各种螺孔间距的台面，最重要的一点是横梁、拉杆、螺旋顶杆等重量可以通过拉杆传递到土工模型箱底板之上，而不是直接加到试验土体之上，减小了试验土体的附加质量，提高了试验的精度；拉杆与横梁通过拉杆上的矩形孔连接，因此横梁搁置在拉杆上的长度可以随意调节，因此可以适用于各种大小的土工模型箱；螺旋顶杆伸入土工模型箱内部的距离可以任意调节，因此可以适用于各种厚度的土体，可以减小盖板到土体之间的距离，从而减小气囊的质量，提高了试验的精度，另外螺旋顶杆与盖板之间通过万向轮连接，可以减少土体上表面受到的摩擦力；使用该土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置误差小，适合运用于有关岩土结构的振动台模型试验。

进一步限定，所述矩形通孔内设有与矩形通孔匹配的矩形橡胶卡圈，这样的结构设计，当横梁调节到一定距离后，使用矩形橡胶卡圈将横梁卡紧。

进一步限定，所述螺旋顶杆的上端设有把手，这样的结构设计，方便实验人员操作螺旋顶杆。

进一步限定，所述前后的拉杆外侧斜向设有支撑杆，所述支撑杆的下端与土工模型箱底板焊接，所述支撑杆的上端拉杆外侧焊接，这样的结构设计，能够斜向支撑拉杆，使拉杆不向外偏倒，从而使拉杆结构更加稳固。

进一步限定，所述拉杆与土工模型箱接触面设有软垫层，这样的结构设计，能使拉杆在夹紧土工模型箱时不损坏土工模型箱外壁结构。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置实施例的拉杆方向的剖面结构示意图；

图2为本实用新型一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置实施例的横梁方向的剖面结构示意图；

主要元件符号说明如下：

土工模型箱1、螺栓111、支撑杆112、软垫层113、土体2、土工布3、气囊4、盖板5、空气压缩机6、气管7、压力控制阀8、出气管9、压力表10、拉杆11、横梁12、螺旋顶杆13、万向轮14和把手15。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型的一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，包括土工模型箱1，土工模型箱1内填充有土体2，土体2上表面设有土工布3，土工布3上表面设有气囊4，气囊4上铺设有盖板5，土工模型箱1的一侧外设有空气压缩机6，空气压缩机6连接有气管7，气管7上设有压力控制阀8，气管7于压力控制阀8的另一端穿过盖板5与气囊4连接，气囊4外设有出气管9，出气管9端头也设有压力控制阀8，气囊4上表面设有压力表10，土工模型箱1的前后侧壁外设有四根拉杆11，四根拉杆11分成左右两组、且每组的拉杆11分别位于土工模型箱1的前后侧壁外，拉杆11为上端开口的腔状结构，拉杆11底面设有第一螺纹孔，第一螺纹孔内穿设有螺栓111，土工模型箱1底板延伸至前后侧壁外，土工模型箱1底板于螺栓111处对应设有第二螺纹孔，螺栓111与第二螺纹孔匹配，每组拉杆11上端均设有矩形通孔，矩形通孔内穿设有横梁12，横梁12于每组拉杆11之间等距设有两个第三螺纹孔，第三螺纹孔内穿设有螺旋顶杆13，螺旋顶杆13下端伸入土工模型箱1内、且底端设有与盖板5相抵的万向轮14。

优选地，矩形通孔内设有与矩形通孔匹配的矩形橡胶卡圈，这样的结构设计，当横梁12调节到一定距离后，使用矩形橡胶卡圈将横梁12卡紧。实际上，也可设计其他结构来实现对其横梁12卡紧，比如另设置卡销，当横梁12调节到一定距离后，用卡销实现横梁12的卡紧。

优选地，螺旋顶杆13的上端设有把手15，这样的结构设计，方便实验人员操作螺旋顶杆13。实际上，也可设计其他结构形式使螺旋顶杆13能方便的调节高度，比如在螺旋顶杆13的上端设置方便旋转调节的把持盘。

优选地，前后的拉杆11外侧斜向设有支撑杆112，支撑杆112的下端与土工模型箱1底板焊接，支撑杆112的上端拉杆11外侧焊接，这样的结构设计，能够斜向支撑拉杆11，使拉杆11不向外偏倒，从而使拉杆11结构更加稳固。实际上，也可根据实际具体情况来考虑进一步加强拉杆11结构稳固的结构。

优选地，拉杆11与土工模型箱1接触面设有软垫层113，这样的结构设计，能使拉杆11在夹紧土工模型箱1时不损坏土工模型箱1外壁结构。实际上，也可根据实际具体情况来设定在夹紧土工模型箱1时不损坏土工模型箱1外壁的结构，比如在拉杆11与土工模型箱1接触面设置边沿缓冲条。

本实施例中，先将土体装入土工模型箱1中，然后依次放入土工布3、气囊4和盖板5，然后通过空气压缩机6向气囊充气，观察压力表10，当压力表10读数小于需要施加的压力时，实验人员打开气管7处的压力控制阀8进行充气，以提高施加的压力；当压力表10读数大于需要施加的压力的时候，实验人员打开出气管9处的压力控制阀8进行排气，以降低施加的压力；将拉杆11通过螺栓111与第二螺纹孔配合固定安装于土工模型箱1底板上，再将横梁12插入拉杆11的矩形通孔内，通过旋转螺旋顶杆13调节其穿过横梁12向土工模型箱1内部伸入的距离，螺旋顶杆13通过万向滑轮14与盖板5接触，限制盖板5在竖直方向的运动，但是可以允许盖板5在水平方向上的移动，以减小土体上表面受到的水平方向的约束和因此产生的摩擦力，通过这种方式可以尽量允许土体以“剪切梁”的方式变形，可以很好地模拟土的剪切变形。

该方案使用拉杆11的方式与土工模型箱1底板连接，可以适用于各种螺孔间距的台面，最重要的一点是横梁12、拉杆11、螺旋顶杆13等重量可以通过拉杆11传递到土工模型箱1底板之上，而不是直接加到试验土体之上，减小了试验土体的附加质量，提高了试验的精度；拉杆11与横梁12通过拉杆11上的矩形孔连接，因此横梁12搁置在拉杆11上的长度可以随意调节，因此可以适用于各种大小的土工模型箱1；螺旋顶杆13伸入土工模型箱1内部的距离可以任意调节，因此可以适用于各种厚度的土体，可以减小盖板5到土体2之间的距离，从而减小气囊4的质量，提高了试验的精度，另外螺旋顶杆13与盖板5之间通过万向轮14连接，可以减少土体2上表面受到的摩擦力；使用该土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置误差小，适合运用于有关岩土结构的振动台模型试验。

上述实施例仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，其特征在于：包括土工模型箱(1)，所述土工模型箱(1)内填充有土体(2)，所述土体(2)上表面设有土工布(3)，所述土工布(3)上表面设有气囊(4)，所述气囊(4)上铺设有盖板(5)，所述土工模型箱(1)的一侧外设有空气压缩机(6)，所述空气压缩机(6)连接有气管(7)，所述气管(7)上设有压力控制阀(8)，所述气管(7)于压力控制阀(8)的另一端穿过盖板(5)与气囊(4)连接，所述气囊(4)外设有出气管(9)，所述出气管(9)端头也设有压力控制阀(8)，所述气囊(4)上表面设有压力表(10)，所述土工模型箱(1)的前后侧壁外设有四根拉杆(11)，所述四根拉杆(11)分成左右两组、且每组的拉杆(11)分别位于土工模型箱(1)的前后侧壁外，所述拉杆(11)为上端开口的腔状结构，所述拉杆(11)底面设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔内穿设有螺栓(111)，所述土工模型箱(1)底板延伸至前后侧壁外，所述土工模型箱(1)底板于螺栓(111)处对应设有第二螺纹孔，所述螺栓(111)与第二螺纹孔匹配，所述每组拉杆(11)上端均设有矩形通孔，所述矩形通孔内穿设有横梁(12)，所述横梁(12)于每组拉杆(11)之间等距设有两个第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内穿设有螺旋顶杆(13)，所述螺旋顶杆(13)下端伸入土工模型箱(1)内、且底端设有与盖板(5)相抵的万向轮(14)。

2.根据权利要求1所述的一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，其特征在于：所述矩形通孔内设有与矩形通孔匹配的矩形橡胶卡圈。

3.根据权利要求2所述的一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，其特征在于：所述螺旋顶杆(13)的上端设有把手(15)。

4.根据权利要求3所述的一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，其特征在于：所述前后的拉杆(11)外侧斜向设有支撑杆(112)，所述支撑杆(112)的下端与土工模型箱(1)底板焊接，所述支撑杆(112)的上端拉杆(11)外侧焊接。

5.根据权利要求4所述的一种土工振动台叠梁式模型箱上覆压力加载装置，其特征在于：所述拉杆(11)与土工模型箱(1)接触面设有软垫层(113)。