一種基于小型振動臺模型的巖溶樁基抗震測試試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于小型振動臺模型的巖溶樁基抗震測試試驗裝置，包括模型箱和模型樁，所述模型箱底部固定于平臺表面的正中間，所述平臺上開設(shè)有供螺栓穿過以與振動臺表面螺栓孔連接的安裝孔，所述模型箱內(nèi)側(cè)與振動方向垂直的兩個面分別鋪設(shè)有一層泡沫板，所述模型箱在兩層泡沫板之間填充有進行壓實磨平的模型相似材料，所述模型相似材料正中間固定埋設(shè)有溶洞模型，所述模型樁下端部固定嵌入模型相似材料中且位于溶洞模型的溶洞頂板中央位置上，所述模型樁上端部固定扣設(shè)有用于安放砝碼以進行上部荷載施加的樁帽。本實用新型為地震作用下樁基下伏溶洞頂板破壞提供了較好的測試試驗裝置，便于合理地選取溶洞頂板安全厚度，保證工程安全可靠。
【專利說明】
一種基于小型振動臺模型的巖溶樁基抗震測試試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，屬于巖溶粧基抗震測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是一個地震多發(fā)國家，而且是全球大陸地震最頻繁、地震災害最嚴重的國家。大陸VI?IX度地震區(qū)占國土面積的80%以上，其中很大一部分為巖溶分布區(qū)。隨著中國的快速發(fā)展，在巖溶地區(qū)的工程建設(shè)越來越多。巖溶地區(qū)工程地質(zhì)條件復雜，石芽密布的地表以及溶洞的存在都破壞了地基的完整性。特別是當?shù)卣饋砼R的時候，溶洞的存在更是加劇了地震的作用。因此，對巖溶地區(qū)的地震特點進行研究是非常有必要的。
[0003]由于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復雜，分布著大量溶洞，因此在巖溶地區(qū)進行公路橋梁粧基施工時，粧基底部難免會出現(xiàn)一個甚至多個溶洞的情況。如果溶洞埋置深度較淺，可以選擇讓粧基穿過溶洞，如果溶洞埋置深度較深，一般要求將粧基作用在溶洞頂板之上，因此考慮溶洞一粧基共同作用體系的穩(wěn)定性是工程實踐中的一個關(guān)鍵問題。溶洞頂板安全厚度的確定對粧基的穩(wěn)定性、工程的安全性以及工程造價都有著直接的影響，合理地選取溶洞頂板安全厚度起著至關(guān)重要的作用。影響溶洞頂板安全厚度的因素眾多，包括地質(zhì)強度指數(shù)、溶洞尺寸、粧徑、上覆巖土體物理參數(shù)、單粧荷載等，目前針對地震作用下粧基下伏溶洞頂板破壞還沒有較好的測試試驗裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測試容易、測試效率高且測試成本低的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置。
[0005]為了解決上述問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，包括模型箱和模型粧，所述模型箱底部固定于平臺表面的正中間，所述平臺上開設(shè)有供螺栓穿過以與振動臺表面螺栓孔連接的安裝孔，所述模型箱內(nèi)側(cè)與振動方向垂直的兩個面分別鋪設(shè)有一層泡沫板，所述模型箱在兩層泡沫板之間填充有進行壓實磨平的模型相似材料，所述模型相似材料正中間固定埋設(shè)有溶洞模型，所述模型粧下端部固定嵌入模型相似材料中且位于溶洞模型的溶洞頂板中央位置上，所述模型粧上端部固定扣設(shè)有用于安放砝碼以進行上部荷載施加的粧帽。
[0006]優(yōu)選的，所述模型箱內(nèi)從下往上依次布置有多個沿溶洞中軸線間隔分布和/或靠近于溶洞中軸線間隔分布的加速度計，所述平臺表面上也布置有加速度計。
[0007]優(yōu)選的，所述溶洞模型內(nèi)布置有位于溶洞周圍的應(yīng)變片。
[0008]優(yōu)選的，所述溶洞模型的溶洞頂板從下往上布置有多個沿溶洞中軸線間隔分布的應(yīng)變片。
[0009]優(yōu)選的，所述模型粧對應(yīng)于泡沫板的兩側(cè)位置從下往上分別間隔粘貼有多個應(yīng)變片。
[0010]優(yōu)選的，所述模型粧頂部粘貼有應(yīng)變片。
[0011 ]優(yōu)選的，所述模型粧底部布置有土壓力盒。
[0012]優(yōu)選的，所述平臺、模型箱、模型粧和粧帽的材質(zhì)均為有機玻璃。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:該基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置具有設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測試容易、測試效率高且測試成本低的優(yōu)點，特別適用于影響溶洞頂板安全厚度的地質(zhì)強度指數(shù)、溶洞尺寸、粧徑、上覆巖土體物理參數(shù)、單粧荷載等因素的測試，為地震作用下粧基下伏溶洞頂板破壞提供了較好的測試試驗裝置，以便于合理地選取溶洞頂板安全厚度，保證工程安全可靠。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例的主視剖面圖。
[0015]圖2為本實用新型實施例的俯視不意圖。
[0016]圖中標記:1_模型箱，2-模型粧，3-平臺，31-安裝孔，4-泡沫板，5-模型相似材料，6-溶洞模型，61-溶洞，62-頂板，7-粧帽，8-加速度計，9-應(yīng)變片，I O-土壓力盒。
【具體實施方式】
[0017]為了讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
[0018]如圖1?2所示，一種基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，包括模型箱I和模型粧2，所述模型箱I底部固定于平臺3表面的正中間，所述平臺3上開設(shè)有供螺栓穿過以與振動臺表面螺栓孔連接的安裝孔31，所述模型箱I內(nèi)側(cè)與振動方向垂直的兩個面分別鋪設(shè)有一層泡沫板4，所述模型箱I在兩層泡沫板4之間填充有進行壓實磨平的模型相似材料5，所述模型相似材料5正中間固定埋設(shè)有溶洞模型6，所述模型粧2下端部固定嵌入模型相似材料5中且位于溶洞模型6的溶洞頂板62中央位置上，所述模型粧2上端部固定扣設(shè)有用于安放砝碼以進行上部荷載施加的粧帽7。
[0019]在本實用新型實施例中，考慮到振動臺的承載以及模型的可視性，所述平臺3、模型箱1、模型粧2和粧帽7的材質(zhì)均為有機玻璃，有機玻璃密度為1.2g/cm3，且強度高，耐久性和耐沖擊性好。根據(jù)縮尺模型的幾何相似比，利用兩塊長26cmX高25cmX厚Icm和兩塊寬20cmX高25cmX厚Icm的有機玻璃板作為模型箱I的側(cè)板，一塊長26cmX寬22cmX厚Icm的有機玻璃板作為模型箱I的底板，組合成一個沒有蓋子的有機玻璃箱，箱子的內(nèi)部幾何尺寸為20cm寬X長24cm X高25cm;試驗時利用提前打好安裝孔31的長42cmX寬36cm X厚0.8cm的有機玻璃板作為平臺3，配合振動臺表面預留的螺栓孔與振動臺連接。
[0020]在本實用新型實施例中，對模型箱I進行填充之前，在模型箱I振動方向的兩個內(nèi)側(cè)面(如左右振動，則是左右內(nèi)側(cè)面)鋪設(shè)一層厚Icm的泡沫板4，以減少地震波的反射。為了使模型更加均勻，填充時采用分層填充法，每隔5cm為一個階段，稱量相應(yīng)質(zhì)量的模型相似材料5進行壓實磨平;待到合適位置時將長15cmX寬15cmX高12cm的溶洞模型6固定于模型箱I正中，在其周邊繼續(xù)填充模型相似材料5并壓實。將溶洞模型6固定填充之后，將模型粧2固定于溶洞頂板62中央位置，繼續(xù)填充模型相似材料5，使嵌巖深度為6cm。整體模型干燥之后，加上粧帽7并施加一定荷載即可進行試驗。
[0021]在本實用新型實施例中，為了測得不同高程加速度的變化規(guī)律，同時觀察溶洞61對地震波加速度的影響，所述模型箱I內(nèi)從下往上依次布置有多個沿溶洞61中軸線間隔分布和/或靠近于溶洞61中軸線間隔分布的加速度計8，所述加速度計8間隔的距離與溶洞61的大小有關(guān)，例如在模型相似材料5頂面設(shè)置一加速度計，在溶洞模型6頂面設(shè)置一加速度計，在溶洞模型6底面設(shè)置一加速度計，在模型相似材料5底面設(shè)置一加速度計，其中溶洞模型6上方的兩個加速度計由于模型粧2的存在只能靠近于溶洞61中軸線間隔分布，溶洞模型6下方的兩個加速度計沿溶洞61中軸線間隔分布。為了檢測模型的振動加速度與地震波的激勵加速度是否相等，所述平臺3表面上也布置有加速度計8。上述的加速度計8優(yōu)先選用自帶放大器的ICP加速度傳感器，所述ICP加速度傳感器為振動臺自帶的，其型號為WS-1CP-8，它有8個通道，模擬輸出信號幅值為±10V，供電電壓為200V AC/50HZ。
[0022]在本實用新型實施例中，為了測試巖溶的破壞規(guī)律，所述溶洞模型6內(nèi)布置有位于溶洞61周圍的應(yīng)變片9。由于模型試驗的重點在于測試巖溶頂板62的破壞規(guī)律，因此應(yīng)變片9主要布置于巖溶頂板62，即在溶洞模型6的溶洞頂板62從下往上布置有多個沿溶洞61中軸線間隔分布的應(yīng)變片9，且應(yīng)該在溶洞模型6預制時進行布置。為了測試模型粧2的變形，所述模型粧2對應(yīng)于泡沫板4的兩側(cè)位置從下往上分別間隔粘貼有多個應(yīng)變片9。為了測試模型粧2的上部荷載壓力，所述模型粧2頂部粘貼有應(yīng)變片9，該應(yīng)變片9應(yīng)在粧帽7固定在模型粧2之前貼在粧頂，試驗時上部荷載采用實驗室砝碼通過粧帽7進行施加。由于應(yīng)變片9體積較小，粘貼較為不易，在粘貼之前可采用環(huán)氧樹脂對模型表面進行處理。由于模型較小，應(yīng)變片9的尺寸和精度是主要考慮的重點，應(yīng)變片9優(yōu)先選用高精度電阻式應(yīng)變片，其型號為BHF350-3AA，該應(yīng)變片9的敏感柵尺寸為3mm X 3mm，基底尺寸為7.5mm X 4.5mm，靈敏系數(shù)為
0.5% ο
[0023]在本實用新型實施例中，為了測得上部土體的壓力，特別是粧底對巖溶頂板62的作用力，所述模型粧2底部布置有土壓力盒10。鑒于模型尺寸較小，土壓力盒10的尺寸效應(yīng)會影響模型的變形與破壞，因此土壓力盒10優(yōu)先選用薄膜式壓力傳感器，其型號為ArduinoFSR402 0.5"，該薄膜式壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息。該薄膜式壓力傳感器重量輕，體積小，感測精度高，可忽略尺寸效應(yīng)的影響。
[0024]本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可以得出其他各種形式的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置。凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實用新型的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:包括模型箱和模型粧，所述模型箱底部固定于平臺表面的正中間，所述平臺上開設(shè)有供螺栓穿過以與振動臺表面螺栓孔連接的安裝孔，所述模型箱內(nèi)側(cè)與振動方向垂直的兩個面分別鋪設(shè)有一層泡沫板，所述模型箱在兩層泡沫板之間填充有進行壓實磨平的模型相似材料，所述模型相似材料正中間固定埋設(shè)有溶洞模型，所述模型粧下端部固定嵌入模型相似材料中且位于溶洞模型的溶洞頂板中央位置上，所述模型粧上端部固定扣設(shè)有用于安放砝碼以進行上部荷載施加的粧帽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述模型箱內(nèi)從下往上依次布置有多個沿溶洞中軸線間隔分布和/或靠近于溶洞中軸線間隔分布的加速度計，所述平臺表面上也布置有加速度計。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述溶洞模型內(nèi)布置有位于溶洞周圍的應(yīng)變片。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述溶洞模型的溶洞頂板從下往上布置有多個沿溶洞中軸線間隔分布的應(yīng)變片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述模型粧對應(yīng)于泡沫板的兩側(cè)位置從下往上分別間隔粘貼有多個應(yīng)變片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述模型粧頂部粘貼有應(yīng)變片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述模型粧底部布置有土壓力盒。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小型振動臺模型的巖溶粧基抗震測試試驗裝置，其特征在于:所述平臺、模型箱、模型粧和粧帽的材質(zhì)均為有機玻璃。
【文檔編號】G01M7/02GK205483465SQ201620082758
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】黃明, 王元清, 張光武, 鄧尚強
【申請人】中鐵十局集團第五工程有限公司, 中鐵十一局集團第五工程有限公司, 福州大學