一種能加載的層狀剪切模型土箱的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及一種大型振動臺試驗模型土箱，特別是一種能加載的層狀剪切模型土箱。
【背景技術】
[0002]目前，振動臺試驗仍是液化效應分析的主要手段之一，國內應用于振動臺試驗研究的層狀剪切模型土箱，因無法在土層上有效的加載有效圍壓，其對實際場地的模擬厚度受限于模型土箱的高度，一般只能模擬2m至3m的土層厚度，無法對深厚土層進行地震效應分析。而實際工程中及研究工作中，經(jīng)常需要對埋深十余米，甚至是50m以上的土層及其中的構建物進行抗震性能研究?，F(xiàn)有的層狀剪切模型土箱難以滿足在振動臺試驗中模擬深厚土層的要求。
[0003]申請內容
本申請要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種能夠有效模擬深厚土層振動效應的能加載的層狀剪切模型土箱。
[0004]為解決上述技術問題，本申請采用的技術方案是:
一種能加載的層狀剪切模型土箱，包括底板、固定設置于底板上且能夠模擬土層剪切變形的層狀剪切模型土箱本體和設置于層狀剪切模型土箱本體頂部的加壓氣囊，該加壓氣囊外接有高壓加氣鋼瓶；加壓氣囊的頂部設置有一個反力系統(tǒng)。
[0005]所述反力系統(tǒng)包括一塊設置于加壓氣囊頂部的承壓鋼板，該承壓鋼板的頂部設置有一塊反力鋼板；所述承壓鋼板和反力鋼板之間設置有若干組滾動滑輪。
[0006]所述反力系統(tǒng)還包括設置于層狀剪切模型土箱本體兩側的反力架，該反力架的頂部與反力鋼板固定連接。
[0007]所述反力架上還設置有能對滾動滑輪進行限位的定位墊板。
[0008]所述層狀剪切模型土箱本體為層狀框架，相鄰兩層框架之間均設置有滾動軸承。
[0009]所述層狀剪切模型土箱本體主要由相互之間無摩擦的疊環(huán)組成。
[0010]所述層狀剪切模型土箱本體的層數(shù)為10層，從上至下數(shù)，第一剪切層的層高為其它剪切層層高的兩倍。
[0011]所述加壓氣囊的一側或兩側設置有傳感器接線盒。
[0012]所述承壓鋼板上設置有若干個傳感器出線孔。
[0013]所述承壓鋼板上還設置有能用螺絲封閉的排水孔。
[0014]本申請采用上述結構后,具有如下有益效果:
1.在振動臺試驗中，通過對加壓氣囊中氣體加壓載荷的控制，從而能夠對土層施加有效圍壓，以模擬深厚土層的應力狀態(tài)。
[0015]2、在試驗過程中，層狀剪切模型土箱本體不會限制土層在振動方向上的運動，能有效模擬深厚土層在振動荷載作用下的響應。
[0016]3、上述排水孔的設置，在制樣過程中，通過對排水孔的封堵控制，能夠嚴格控制排水，從而能較好的控制土樣的飽和度。
【附圖說明】
[0017]圖1顯示了本申請一種能加載的層狀剪切模型土箱的主視圖；
圖2顯示了本申請一種能加載的層狀剪切模型土箱的側視圖；
圖3顯示了承壓鋼板的結構示意圖；
圖4顯示了本申請一種能加載的層狀剪切模型土箱的試驗過程示意圖。
[0018]其中有:1.底板；2.層狀剪切模型土箱本體；3.加壓氣囊；4.傳感器出線盒；5.承壓鋼板；6.反力鋼板；7.反力架；8.滾動滑輪；9.滑輪槽；10.傳感器出線孔；11.定位墊板。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體較佳實施方式對本申請作進一步詳細的說明。
[0020]如圖1和圖2所示，一種能加載的層狀剪切模型土箱，包括底板1、層狀剪切模型土箱本體2、加壓氣囊3和一個反力系統(tǒng)。
[0021]上述底板I的底部能直接與大型振動試驗臺相連接，并隨著大型振動試驗臺而振動。
[0022]上述層狀剪切模型土箱本體2固定設置在底板I上，能夠模擬土層剪切變形。層狀剪切模型土箱本體2的結構有如下兩種優(yōu)選實施例。
[0023]實施例1
層狀剪切模型土箱本體2為層狀框架，相鄰兩層框架之間均設置有滾動軸承。滾動軸承的設置，一方面限制了豎向和側向運動；另一方面，使得框架間能夠在振動方向上相對滑動，從而能夠模擬土層的剪切變形。
[0024]實施例2
層狀剪切模型土箱本體2主要由相互之間無摩擦的疊環(huán)組成。疊環(huán)間能夠在振動方向上相對滑動，從而能夠模擬土層的剪切變形。
[0025]上述兩種實施例中，層狀剪切模型土箱本體2的層數(shù)均優(yōu)選為10層，從上至下數(shù)，第一剪切層(也即最頂層)的層高為其它剪切層層高的兩倍。如第一剪切層的層高為20cm，則其余9層的層高分別為10cm。這樣設置的好處為:能夠防止加壓氣囊3充氣后進入其它剪切層而發(fā)生破壞，起到保護加壓氣囊3的作用。
[0026]在試驗過程中，層狀剪切模型土箱本體2的各個剪切層，允許土層在振動作用下產生水平運動，減小模型的邊界效應。
[0027]上述加壓氣囊3設置在層狀剪切模型土箱本體2的頂部，也可設置在第一剪切層內。加壓氣囊3外接有高壓加氣鋼瓶，根據(jù)需要，通過控制高壓加氣鋼瓶的加壓氣閥，即可對加壓氣囊3施加事先設定的氣壓荷載，以模擬土層上覆的有效圍壓。
[0028]加壓氣囊3的一側或兩側設置有傳感器接線盒4。
[0029]加壓氣囊3的頂部設置有一個反力系統(tǒng)，該反力系統(tǒng)能有效的將加壓氣囊3的氣壓均勻傳遞至土層，使土層在特定的圍壓下固結。
[0030]反力系統(tǒng)優(yōu)選包括一塊承壓鋼板5、一塊反力鋼板6、設置于承壓鋼板5和反力鋼板6之間的若干組滾動滑輪8、以及設置在層狀剪切模型土箱本體2兩側的反力架7。
[0031]如圖3所示，承壓鋼板5設置在加壓氣囊3的頂部，承壓鋼板5的頂部，水平設置有若干條滑輪槽9，滾動滑輪8能夠在承壓鋼板5上沿著滑輪槽9水平左右滑動。在試驗過程中，承壓鋼板5因滾動滑輪8的滾動而隨土層運動，減小了模型的邊界效應。
[0032]上述承壓鋼板5上還設置有若干個傳感器接線孔10和若干個能用螺絲封閉的排水孔。排水孔優(yōu)選為12個，在制樣過程中，根據(jù)試驗是否需要排水及排水的速率，選擇封閉全部或部分排水孔。通過對排水孔的封堵控制，能夠嚴格控制排水，從而能較好的控制土樣的飽和度。
[0033]上述反力鋼板6設置在承壓鋼板5的頂部，反力鋼板5的兩側與反力架7的頂部固定連接。反力架7的底部固定在底板I上。反力架7上還設置有能對滾動滑輪8進行限位的定位墊板11。
[0034]在振動臺試驗中，先將土體裝填在層狀剪切模型土箱本體2內，裝填完畢后，通過外接高壓加氣鋼瓶對加壓氣囊3施加氣壓，加壓氣囊3的氣壓通過反力系統(tǒng)傳遞至土層。試驗過程中，各個剪切層及承壓剛板5隨土層在振動方向運動形式，如圖4所示。
[0035]通過對加壓氣囊3中氣體加壓載荷的控制，從而能夠對土層施加有效圍壓，以模擬深厚土層的應力狀態(tài)。在試驗過程中，層狀剪切模型土箱本體不會限制土層在振動方向上的運動，能有效模擬深厚土層在振動荷載作用下的響應。
[0036]以上詳細描述了本申請的優(yōu)選實施方式，但是，本申請并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本申請的技術構思范圍內，可以對本申請的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本申請的保護范圍。
【主權項】
1.一種能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:包括底板、固定設置于底板上且能夠模擬土層剪切變形的層狀剪切模型土箱本體和設置于層狀剪切模型土箱本體頂部的加壓氣囊，該加壓氣囊外接有高壓加氣鋼瓶；加壓氣囊的頂部設置有一個反力系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述反力系統(tǒng)包括一塊設置于加壓氣囊頂部的承壓鋼板，該承壓鋼板的頂部設置有一塊反力鋼板；所述承壓鋼板和反力鋼板之間設置有若干組滾動滑輪。
3.根據(jù)權利要求2所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述反力系統(tǒng)還包括設置于層狀剪切模型土箱本體兩側的反力架，該反力架的頂部與反力鋼板固定連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述反力架上還設置有能對滾動滑輪進行限位的定位墊板。
5.根據(jù)權利要求1所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述層狀剪切模型土箱本體為層狀框架，相鄰兩層框架之間均設置有滾動軸承。
6.根據(jù)權利要求1所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述層狀剪切模型土箱本體主要由相互之間無摩擦的疊環(huán)組成。
7.根據(jù)權利要求1或5或6所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述層狀剪切模型土箱本體的層數(shù)為10層，從上至下數(shù)，第一剪切層的層高為其它剪切層層高的兩倍。
8.根據(jù)權利要求2所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述加壓氣囊的一側或兩側設置有傳感器接線盒。
9.根據(jù)權利要求8所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述承壓鋼板上設置有若干個傳感器出線孔。
10.根據(jù)權利要求9所述的能加載的層狀剪切模型土箱，其特征在于:所述承壓鋼板上還設置有能用螺絲封閉的排水孔。
【專利摘要】本申請公開了一種能加載的層狀剪切模型土箱，包括底板、固定設置于底板上且能夠模擬土層剪切變形的層狀剪切模型土箱本體和設置于層狀剪切模型土箱本體頂部的加壓氣囊，該加壓氣囊外接有高壓加氣鋼瓶；加壓氣囊的頂部設置有一個反力系統(tǒng)。反力系統(tǒng)包括一塊設置于加壓氣囊頂部的承壓鋼板，該承壓鋼板的頂部設置有一塊反力鋼板；所述承壓鋼板和反力鋼板之間設置有若干組滾動滑輪。采用上述結構后，通過對加壓氣囊中氣體加壓載荷的控制，從而能夠對土層施加有效圍壓，以模擬深厚土層的應力狀態(tài)。在試驗過程中，層狀剪切模型土箱本體不會限制土層在振動方向上的運動，能有效模擬深厚土層在振動荷載作用下的響應。
【IPC分類】G01N3-02
【公開號】CN104614231
【申請?zhí)枴緾N201510072677
【發(fā)明人】王志華, 許振巍, 高洪梅, 張鑫磊, 張宇杰
【申請人】南京工業(yè)大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月12日