CN218121330U - 一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，包括上方开口的模型箱、断裂带、第一岩土层、第二岩土层、第一升降台、第二升降台、弹性件、走滑组件和多个桩基，所述第一升降台和第二升降台相对设置于第一岩土层和第二岩土层之间；所述弹性件设置于第一升降台与第二升降台之间；所述走滑组件间隔设置于第一岩土层下方。本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置设置走滑组件，可带动第一岩土层发生前后位移，通过控制装置速度模拟发生不同程度走滑断裂时的相对位移，准确反映两侧岩土层的前后位移，并测得走滑断层下的桩基承载力。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程技术领域，具体为一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置及试验方法。
背景技术
我国处于欧亚板块与印度洋板块和太平洋板块的碰撞挤压处，地震频发，地震灾害严重，地震断裂带广泛分布，建立在断裂带地层处的桥梁桩基受断裂带影响，其稳定性不易确定，对于施工安全性存在不利影响。许多建筑物在地震中的破坏大多与桩基础有关，当桥梁桩基建立在跨越断裂带时，施工前严格的理论分析以及实验研究尤为重要。
模型试验可以反映原型的应力应变关系，是研究桥梁桩基承载特性的有效途径。地震过程中，一方面在产生竖向地震波的同时，也会产生水平向地震波，另一方面，两侧岩土体产生的错动类型除正断层、逆断层之外，还可能存在走滑断层，即两侧岩土体产生走滑错动，这两者均会导致断裂带两侧岩土层发生水平向相对位移。
现有技术仅模拟了地震过程中竖向位移对桩基础特性的影响，缺乏水平向位移对桩基承载特性的影响，因此，在试验中，需要控制断裂带两侧岩土层水平方向不同程度的位移情况，以研究不同水平位移情况下桩基础承载特性的变化，对实际工程有一定的指导作用。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，根据现场实际工况，通过控制升降台的位移控制断裂带两侧岩土层的水平相对位移，走滑组件实现岩土层的前后错动，得到桥梁桩基的承载特性，从而对桥梁整体稳定性进行分析。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，包括上方开口的模型箱、断裂带、第一岩土层、第二岩土层、第一升降台、第二升降台、弹性件、走滑组件和多个桩基，所述第一岩土层和第二岩土层相对设置于模型箱内部，所述第一岩土层和第二岩土层中均埋设有桩基；所述断裂带倾斜设置于第一岩土层和第二岩土层之间；所述第一升降台与第一岩土层连接，所述第二升降台与第二岩土层连接，所述第一升降台和第二升降台相对设置于第一岩土层和第二岩土层之间；所述弹性件设置于第一升降台与第二升降台之间；所述走滑组件设置于第一岩土层底部，所述走滑组件用于实现第一岩土层的前后错动。
优选的，所述第一岩土层与弹性件之间设有连接钢板。
优选的，所述弹性件的伸缩轴线与连接钢板表面垂直。
优选的，所述第一升降台的内部和第二升降台的内部均设有升降控制装置，所述升降控制装置由遥控控制第一升降台或者第二升降台进行升降运动。
优选的，所述模型箱的开口处设有承台，多个所述桩基的顶端均与承台连接。
优选的，所述弹性件设有多个，多个所述弹性件阵列设置于第一升降台与第二升降台之间。
优选的，所述第一岩土层的端部设有下部钢板，所述走滑组件包括滑动带、滚轮和驱动电机，所述滑动带的长度轴线与模型箱体的长度轴线垂直，所述滑动带设置于下部钢板上，所述滚轮设置于第一岩土层下方，所述滚轮滑动设置于滑动带上，所述驱动电机的输出轴与滚轮连接。
优选的，所述滑动带和滚轮的连接采用啮合方式。
优选的，所述走滑组件设有多个，多个所述走滑组件间隔设置于下部钢板与第一岩土层之间，不同走滑组件的滑动带相互平行。
优选的，在一个走滑组件中，所述滚轮间隔设有多个，所述驱动电机与其中滚轮连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置设置走滑组件，可带动第一岩土层发生前后位移，以模拟发生走滑断裂时两侧岩土体的前后位移，通过控制走滑组件模拟发生不同程度走滑断裂时的相对位移，准确反映两侧岩土层的前后位移，并测得走滑断层下的桩基承载力。
本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置将弹性件与升降台结合，利用弹性件模拟水平向地震波的影响，通过遥控控制升降台面的位移，以此模拟水平向地震波作用下断裂带的错动，准确反映两侧岩层的水平向位移，并测得其桩基应力值，更真实地反映桩基础的受力特性。
本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置可通过改变弹性构件材料，利用不同弹性件材料劲度系数不同，模拟不同地震动强度作用下的桩基特性变化；亦可通过改变升降台面材料，使其与实际工程更加一致，提高试验的准确性及普适性。
实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置利用弹性件模拟水平振动，结构简单、容易操作、造价较低。
本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置中所有桩基上端均与承台固定连接，承台将所有的桩基联结成一个整体，能够更好的模拟实际工程情况，同一个模型箱可以进行多次振动试验，以更好的模拟各个工程的实际情况，提高试验的准确度与可靠性。
本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置利用弹性件模拟地震过程中断裂带的相对位移，同时设置倾斜升降台，可以通过倾斜升降台面间的弹性件震动模拟地震过程中断裂带相对错动，更准确模拟地震后的断裂带错动情况，对桩基可靠性进行评价。
附图说明
图1为实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置结构示意图；
图2为振动前模型试验装置示意图；
图3为振动后模型试验装置示意图；
图4为振动前振动沉降装置示意图；
图5为振动后振动沉降装置细部示意图；
图6为弹性件布置细部示意图。
图7为走滑组件装配示意图。
图中，1、模型箱；21、第一岩土层；22、第二岩土层；4、连接钢板；5、第一升降台；6、弹性件；7、第二升降台；8、桩基；9、承台；10、滑动带；11、滚轮；12、下部钢板。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型公开了一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，参照图1、2和3，包括上方开口的模型箱1、断裂带、第一岩土层21、第二岩土层22、第一升降台5、第二升降台7、多个弹性件6、多个走滑组件和多个桩基8，第一岩土层21和第二岩土层22相对设置于模型箱1内部，第一岩土层21和第二岩土层22中均埋设有桩基8，模型箱1的开口处设有承台9，多个桩基8的顶端均与承台9连接。
断裂带倾斜设置于第一岩土层21和第二岩土层22之间；第一升降台5与第一岩土层21连接，第二升降台7与第二岩土层22连接，第一升降台5的平面与断裂带倾斜面平行。第一升降台5和第二升降台7的材料根据实际地质勘测资料，选用与两侧岩土体特性相近的材料进行模拟，以保证试验的准确性，避免因升降台面刚度过大两侧岩土体发生进一步错动，影响试验结果的可靠性。
第一升降台5和第二升降台7相对平行设置于第一岩土层21和第二岩土层22之间，第一升降台5的内部和第二升降台7的内部均设有升降控制装置，升降控制装置由遥控控制第一升降台5或者第二升降台7进行升降运动。
参照图4、5和6，多个弹性件6阵列设置于第一升降台5与第二升降台7之间；第一岩土层21与弹性件6之间设有连接钢板4，弹性件6的伸缩轴线与连接钢板4表面垂直。弹性件6的材质根据实际地质勘测资料选取，可通过不同材料的弹性件6具有不同劲度系数模拟不同地震动强度作用下断裂带的位移变化情况，增加试验的可靠度。
参照图7，第一岩土层21的下方设有下部钢板12，多个走滑组件间隔设置于第一岩土层21和下部钢板12之间，多个走滑组件用于实现第一岩土层21的前后错动。
一个走滑组件包括滑动带10、驱动电机和间隔设置的多个滚轮11，滑动带10的长度轴线与模型箱1体的长度轴线垂直，不同走滑组件的滑动带10相互平行。滑动带10设置于下部钢板12上，滚轮11设置于第一岩土层21下方，滚轮11滑动设置于滑动带10上，本实施例中滑动带10和滚轮11的连接采用啮合方式，驱动电机的输出轴与其中一个滚轮11连接。
本实用新型一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置的实施原理为：
(1)按照图2所示各部件位置，将预制好的内埋桩基8的第二岩层置于模型箱1内，将弹性件6分别与升降台面、连接钢板4焊接使得连接钢板4、升降台、弹性件6形成一个整体后置于模型箱1内；将滑动带10置于下部钢板凹槽内，将滚轮11置于滑动带10之上，将预制好的内埋桩基8的第一岩层置于滚轮11之上；将承台9与各个桩基8焊接使各个桩基8联结成一个桩基8础。
(2)将整个模型箱1置于振动台上进行振动台模型试验，利用滑动带10带动滚轮11发生滑动，进而带动第一岩土层21发生前后错动，模拟走滑断裂带下岩土层的相互运动，在此过程中通过电脑读取桩基8的应力值。
(3)将整个模型箱1置于振动台上进行振动台模型试验，参照图4、5，利用弹性件6的收缩带动连接钢板4上方岩层振动，模拟地震的水平振动过程，在此过程中通过电脑读取桩基8的应力值。
(4)振动完成后，根据实际工程地质勘查资料，使用遥控装置控制内置升降装置来改变升降台面的升降，精准控制断裂带两侧岩层水平相对位移，使得第一岩土层21与第二岩土层22之间的错动位移值符合实际工程情况。
(5)对步骤(2)和步骤(3)读取的桩基8的应力值进行处理得到试验过程中的桩基8的承载特性。
将第一岩土层21、第二岩土层22、弹性件6及应力计等测试元件合理布置于模型箱1内，进而将其置于振动台上进行振动台模型试验，利用走滑装置带动第一岩土层21产生前后位移模拟地震时走滑断层引起的断裂带前后错动，利用弹性件6的收缩模拟地震下水平向地震波引起的断裂带错动，振动结束后，读取桩基8应力值，并对桩基8应力值进行处理，得到水平向地震波对桩基8特性的影响。
以上所述的仅仅是本实用新型的较佳实施例，并不用以对本实用新型的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，包括上方开口的模型箱(1)、断裂带、第一岩土层(21)、第二岩土层(22)、第一升降台(5)、第二升降台(7)、弹性件(6)、走滑组件和多个桩基(8)，所述第一岩土层(21)和第二岩土层(22)相对设置于模型箱(1)内部，所述第一岩土层(21)和第二岩土层(22)中均埋设有桩基(8)；所述断裂带倾斜设置于第一岩土层(21)和第二岩土层(22)之间；所述第一升降台(5)与第一岩土层(21)连接，所述第二升降台(7)与第二岩土层(22)连接，所述第一升降台(5)和第二升降台(7)相对设置于第一岩土层(21)和第二岩土层(22)之间；所述弹性件(6)设置于第一升降台(5)与第二升降台(7)之间；所述走滑组件间隔设置于第一岩土层(21)下方，所述走滑组件用于实现第一岩土层(21)的前后错动。
2.根据权利要求1所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述第一岩土层(21)与弹性件(6)之间设有连接钢板(4)。
3.根据权利要求1所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述弹性件(6)的伸缩轴线与连接钢板(4)表面垂直。
4.根据权利要求1所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述第一升降台(5)的内部和第二升降台(7)的内部均设有升降控制装置，所述升降控制装置由遥控控制第一升降台(5)或者第二升降台(7)进行升降运动。
5.根据权利要求1所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述模型箱(1)的开口处设有承台(9)，多个所述桩基(8)的顶端均与承台(9)连接。
6.根据权利要求1所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述弹性件(6)设有多个，多个所述弹性件(6)阵列设置于第一升降台(5)与第二升降台(7)之间。
7.根据权利要求1所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述第一岩土层(21)的端部设有下部钢板(12)，所述走滑组件包括滑动带(10)、滚轮(11)和驱动电机，所述滑动带(10)的长度轴线与模型箱(1)体的长度轴线垂直，所述滑动带(10)设置于下部钢板(12)上，所述滚轮(11)设置于第一岩土层(21)下方，所述滚轮(11)滑动设置于滑动带(10)上，所述驱动电机的输出轴与滚轮(11)连接。
8.根据权利要求7所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述滑动带(10)和滚轮(11)的连接采用啮合方式。
9.根据权利要求7所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，所述走滑组件设有多个，多个所述走滑组件间隔设置于下部钢板(12)与第一岩土层(21)之间，不同走滑组件的滑动带(10)相互平行。
10.根据权利要求9所述的断裂带产生水平位移时桩基承载力的模型试验装置，其特征在于，在一个走滑组件中，所述滚轮(11)间隔设有多个，所述驱动电机与其中滚轮(11)连接。
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