CN207881916U - 可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，该实验装置的层状剪切箱由层状框架叠合而成。反力加载装置包括反力钢板、顶部钢架、拉结钢筋和千斤顶，通过计算机控制油泵油压实现持续稳定加载，所述调节剪切方向刚度装置包括弓形片和层状框架，水位调节装置由箱内排水管、连接管、控制阀、进水管、水泵、出水管、液位管、孔隙水压力计、高度调节架和动态采集仪组成，通过计算机控制水泵开启和高度调节架升降以调节模型土内的水位高度。该实验装置能够有效解决岩土工程的层状剪切模型土箱持续施加上覆荷载、调节水位高度和调节剪切方向刚度的问题。

Description

可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于岩土工程振动台试验的模型箱装置领域，特别涉及一种可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置。

背景技术

利用振动台试验模拟涉及半无限场地的地震响应时，用于盛装模型的模型箱的构造形式对试验结果的合理性有较大影响。

剪切变形模型箱相对于刚性模型箱和圆筒形柔性模型箱而言，对地基土半无限性的模拟效果更好，更能反映土层的变形特征。

目前地震模拟振动台试验中主要是针对某一特定的密度和地下水位高度的模型土体进行试验，现有的层状剪切箱难以满足在振动台试验中持续施加稳定上覆荷载和改变地下水位埋深的要求。同时，现有剪切箱侧向约束也是以钢板和钢筋居多，也难以满足模拟不同土层深度下土体剪切模量的试验需求。

因此，研发一种可持续加载、调节水位高度和调节剪切方向刚度的层状剪切箱的实验装置，对完善岩土工程中的地震模拟振动台试验有非常迫切的必要性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，能够有效解决岩土工程的层状剪切模型土箱持续施加上覆荷载、调节水位高度和调节剪切方向刚度的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，包括层状剪切箱、反力加载装置、调节剪切方向刚度装置和水位调节装置，具体结构和连接关系为：

所述层状剪切箱由层状框架叠合而成，层状剪切箱的底部焊接固定在底座上，底座下部焊接有底座钢梁，底座通过螺栓固定在振动台上，与振动台同步振动。

所述反力加载装置包括反力钢板、顶部钢架、拉结钢筋、千斤顶和荷载传感器，所述反力钢板上安装有千斤顶，千斤顶顶部与荷载传感器连接，荷载传感器顶部与滚轴接触，所述拉结钢筋安装在底座上沿长边的两侧，拉结钢筋上端与顶部钢架连接，拉结钢筋下端通过螺栓与底座连接。

所述调节剪切方向刚度装置包括弓形片和所述层状框架，弓形片与所述层状框架之间通过焊接、螺栓连接或铆接。

所述水位调节装置包括箱内排水管、连接管、连接接头、水管控制阀、进水管、水泵、出水管、液位管、高度调节架、孔隙水压力计、动态采集仪和计算机，所述箱内排水管开螺纹一端依次穿过层状框架、橡胶层到达模型土体内，再加防水垫圈后用螺母固定，箱内排水管另一端与水管控制阀连接，用连接管和连接接头将各箱内排水管、进水管、水泵、出水管、液位管及孔隙水压力计串联成一个整体，由孔隙水压力计监测模型土体内地下水位的变化并通过动态采集仪将数据反馈至计算机中，再通过计算机精确控制出水口最高处在高度调节架的位置，以此调节土箱中土体内的地下水位埋深，所述出水管固定在高度调节架上。

所述层状剪切箱相邻两层层状框架之间设置有滚轮和滑槽，限制层状框架垂直于振动方向的运动，使得层状框架相互之间可以沿振动方向相对滑动，减小模型的边界效应。

所述孔隙水压力计采用电压式或者振弦式，用于测量层状剪切箱内的静水压力，并转换成电信号经动态采集仪输送到计算机。

所述层状剪切箱的内侧壁上设有防水和减小模型的边界效应的橡胶层。

所述弓形片设置在沿层状剪切箱短边方向。

所述顶部钢梁由工字钢和矩形管钢焊接呈“丰”字形。

所述连接接头为三通接头，用于连接箱内排水管和连接管。

所述连接管围绕在层状剪切箱外侧，将箱内排出的水导引到排水口。

所述排水口固定在高度调节架上，由计算机控制电机调节排水口的高度，利用连通器原理在自重作用下进行排水。

进行水位调节工作前，需先将孔隙水压力计、动态采集仪、计算机连接，再打开控制软件。往箱内注水时，关闭出水管控制阀和液位管控制阀，再开启水泵，后打开进水管控制阀和各箱内排水管。需调节箱内地下水位高度时，先关闭进水管，根据试验需要在计算机中设置地下水位高度后，计算机发送指令至高度调节架，将出水管最高处自动调整至所需位置，同时开启排水阀进行排水作业。

本实用新型的有益效果在于：

1、在振动台试验中，由于滑轮的作用，层状剪切箱沿振动方向可以自由滑动，不会限制土体在振动方向上的运动，可以有效模拟场地在地震作用下的响应情况。

2、沿层状剪切箱短边方向设置的弓形片，可以避免振动过程中箱体摆幅过大而发生危险，同时防止层状剪切箱发生垂直于振动方向的运动，还可以根据试验需求更换每一层的弓形片以模拟不同剪切模量的土层。

3、在振动台试验中，通过反力加载装置，千斤顶施加的荷载可以传递到土体上表面，模拟原型土体受到的上覆荷载。千斤顶由压力传感器和计算机控制，根据实际压力进行补偿和调整，在土体固结过程保持上覆荷载不变。

4、通过水位调节装置和振动台设备能够通过试验方法研究地下水位对岩土体抗震性能的影响。

附图说明

图1是本实用新型所述可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置的结构示意图。

图2是本实用新型所述可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置的侧视图。

图3是本实用新型所述可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置的剖面图。

图4是本实用新型所述可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置的箱内排水管示意图。

图5是本实用新型所述可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置的连接管及高度调节架示意图。

图中标记为：底座1、层状框架2、底座钢梁3、滚轮4、滑槽5、橡胶层6、反力钢板7、顶部钢架8、拉结钢筋9、千斤顶10、荷载传感器11、滚轴12、动态采集仪13、计算机14、箱内排水管15、防水垫圈16、螺母17、水管控制阀18、连接管19、连接接头20、进水管 21、水泵22、出水管23、液位管24、孔隙水压力计25、高度调节架26、电机27、弓形片 28。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

如图1至图5所示，本实用新型所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，包括层状剪切箱、反力加载装置、调节剪切方向刚度装置和水位调节装置，具体结构和连接关系为：

所述层状剪切箱由层状框架2叠合而成，层状剪切箱的底部焊接固定在底座1上，用来模拟土体的剪切变形。底座1下部焊接有底座钢梁3，以增加底座1的抗弯刚度。底座1通过螺栓固定在振动台上，与振动台同步振动。

所述层状剪切箱相邻两层层状框架2之间设置有滚轮4和滑槽5。一方面限制层状框架2 垂直于振动方向的运动，另一方面使得层状框架2相互之间可以沿振动方向相对滑动，减小模型的边界效应。

所述层状剪切箱的内侧壁上设有橡胶层6，起到防水和减小模型的边界效应的作用。

所述反力加载装置包括反力钢板7、顶部钢架8、拉结钢筋9、千斤顶10和荷载传感器 11，用于向模型箱内的土体施加荷载。所述反力钢板7上安装有千斤顶10，千斤顶10顶部与荷载传感器11连接，试验时，千斤顶10和荷载传感器11可以沿着振动方向前后滑动，即使在振动试验过程中也能保持固定的上覆压力。荷载传感器11顶部与滚轴12接触。根据试验需要，设置好千斤顶10的预设压力后进行加载，由荷载传感器11实时监测上覆荷载的数值并通过动态采集仪13将数据反馈至计算机14中，再由计算机14根据试验设置自动调整和补充千斤顶10油压，以此保持模型土体上覆压力的稳定。所述反力加载装置由千斤顶10提供压力，通过荷载传感器11和计算机14控制实时荷载，并通过反力加载装置施加于土体表面，实现在振动过程中保持上覆荷载不变。反力加载装置能够有效地将千斤顶10的压力均匀地传递至土体，使土体在恒定压力下固结。所述拉结钢筋9安装在底座1上沿长边的两侧，拉结钢筋9上端与顶部钢架8连接，拉结钢筋9下端通过螺栓与底座1连接，起到传递荷载的作用。

所述调节剪切方向刚度装置包括弓形片28和层状框架2，弓形片28与层状框架2之间通过焊接、螺栓连接或铆接，可以避免振动过程中箱体摆幅过大而发生危险，同时防止层状剪切箱发生垂直于振动方向的运动，根据试验需求更换每一层的弓形片28可以模拟不同剪切模量的土层。弓形片28设置在沿层状剪切箱短边方向。

如图4至图5所示，所述水位调节装置包括箱内排水管15、连接管19、连接接头20、水管控制阀18、进水管21、水泵22、出水管23、液位管24、高度调节架26、孔隙水压力计 25、动态采集仪13和计算机14，所述箱内排水管15开螺纹一端依次穿过层状框架2、橡胶层6到达模型土体内，再加防水垫圈16后用螺母17固定，箱内排水管15另一端与水管控制阀18连接，用连接管19和连接接头20将各箱内排水管15、进水管21、水泵22、出水管23、液位管24及孔隙水压力计25串联成一个整体，由孔隙水压力计25监测模型土体内地下水位的变化并通过动态采集仪13将数据反馈至计算机14中，再通过计算机14精确控制出水口最高处在高度调节架26的位置，以此调节土箱中土体内的地下水位埋深。所述出水管23固定在高度调节架26上。

工作原理及过程：

进行水位调节工作前，需先将孔隙水压力计25、动态采集仪13和计算机14连接，再打开控制软件。往箱内注水时，关闭出水管23，再开启水泵22，然后打开进水管21和各箱内排水管15。需调节箱内地下水位高度时，先关闭进水管21，根据试验需要在计算机14中设置地下水位高度后，计算机14发送指令至高度调节架26的电机27，将出水管23最高处自动调整至所需位置，同时开启出水管23进行排水作业。

Claims (9)

1.可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，包括层状剪切箱、反力加载装置、调节剪切方向刚度装置和水位调节装置，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述层状剪切箱由层状框架叠合而成，层状剪切箱的底部焊接固定在底座上，底座下部焊接有底座钢梁，底座通过螺栓固定在振动台上，与振动台同步振动，

所述反力加载装置包括反力钢板、顶部钢架、拉结钢筋、千斤顶和荷载传感器，所述反力钢板上安装有千斤顶，千斤顶顶部与荷载传感器连接，荷载传感器顶部与滚轴接触，所述拉结钢筋安装在底座上沿长边的两侧，拉结钢筋上端与顶部钢架连接，拉结钢筋下端通过螺栓与底座连接，

所述调节剪切方向刚度装置包括弓形片和所述层状框架，弓形片与所述层状框架之间通过焊接、螺栓连接或铆接，

所述水位调节装置包括箱内排水管、连接管、连接接头、水管控制阀、进水管、水泵、出水管、液位管、高度调节架、孔隙水压力计、动态采集仪和计算机，所述箱内排水管开螺纹一端依次穿过层状框架、橡胶层到达模型土体内，再加防水垫圈后用螺母固定，箱内排水管另一端与水管控制阀连接，用连接管和连接接头将各箱内排水管、进水管、水泵、出水管、液位管及孔隙水压力计串联成一个整体，由孔隙水压力计监测模型土体内地下水位的变化并通过动态采集仪将数据反馈至计算机中，再通过计算机精确控制出水口最高处在高度调节架的位置，以此调节土箱中土体内的地下水位埋深，所述出水管固定在高度调节架上。

2.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述层状剪切箱相邻两层层状框架之间设置有滚轮和滑槽，限制层状框架垂直于振动方向的运动，使得层状框架相互之间可以沿振动方向相对滑动，减小模型的边界效应。

3.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述孔隙水压力计采用电压式或者振弦式，用于测量层状剪切箱内的静水压力，并转换成电信号经动态采集仪输送到计算机。

4.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述层状剪切箱的内侧壁上设有防水和减小模型的边界效应的橡胶层。

5.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述弓形片设置在沿层状剪切箱短边方向。

6.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述顶部钢架由工字钢和矩形管钢焊接呈“丰”字形。

7.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述连接接头为三通接头，用于连接排水管和连接管。

8.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述连接管围绕在层状剪切箱外侧，将箱内排出的水导引到排水口。

9.根据权利要求1所述的可持续加载、调节水位高度和剪切方向刚度的实验装置，其特征在于，所述出水管固定在高度调节架上，由计算机控制电机调节排水口的高度，利用连通器原理在自重作用下进行排水。