竖向加载多层剪切模型箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能加载且同时有效模拟深厚土层双向振动效应的剪切模型箱，以解决现有层状剪切箱不能模拟土层的双向振动，使得试验结果会有较大差异的问题。它包括底板、模型土箱主体、反力系统、滚动滑轮、钢板支架、激光位移传感器、传感器出线孔，底板上固定有模型土箱主体，模型土箱主体中纵向设有层状框架，相邻两层框架之间均设置有轴承和滑槽，所述模型土箱主体的顶部设有加载装置，所述加载装置包括弹簧、顶板、带刻度尺的薄钢板、螺栓，弹簧上部设有顶板，弹簧的底部设在反力钢板上，带刻度尺的薄钢板对称垂直设置在反力钢板的两侧，其底部固定在反力钢板上。本装置安装、拆卸方便，且试验过程安全，具有较强的实用性。
【专利说明】
竖向加载多层剪切模型箱
技术领域
[0001]本实用新型属于测试领域，具体涉及一种大型振动台试验模型土箱。
【背景技术】
[0002]近来由地震引起的滑坡等次生灾害越来越受到人们的重视。随着震后土体的各项性能参数发生变化，滑坡灾害防治设计选择滑带土的抗剪强度参数的正确与否成为震后工程防治成败的关键。为了能够得到理想的试验结果，研究者在模型箱的设计和制作方面开展了许多富有意义的研究工作。
[0003]现有大型层状剪切箱，不能模拟深厚土层的振动响应，尤其是50m以上的深厚土层。而一种能加载的层状剪切箱，虽然能够对深厚土层施加有效围压，但仅限于土层沿水平向振动(X向)，缺少对围压的校核，不能模拟土层的双向振动(X、Z)，使得试验结果会有较大差异。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种能加载且同时有效模拟深厚土层双向振动效应的剪切模型箱，以解决现有层状剪切箱不能模拟土层的双向振动，使得试验结果会有较大差异的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种竖向加载多层剪切模型箱，包括底板、模型土箱主体、反力系统、滚动滑轮、钢板支架、激光位移传感器、传感器出线孔，反力系统包括反力钢板及与其相连的反力支架，底板上固定有模型土箱主体，模型土箱主体中纵向设有层状框架，相邻两层框架之间均设置有轴承和滑槽，所述模型土箱主体的顶部设有加载装置，所述加载装置包括弹簧、顶板、带刻度尺的薄钢板、螺栓，弹簧上部设有顶板，弹簧的底部设在反力钢板上，带刻度尺的薄钢板对称垂直设置在反力钢板的两侧，其底部固定在反力钢板上。
[0006]优选地，所述反力支架布置在模型土箱主体的前后两侧。
[0007]优选地，所述滚动滑轮的两侧设有与反力钢板底部连接的侧限板。
[0008]优选地，层状框架底部中间设有限位钢板。
[0009]优选地，所述底板内和模型土箱主体内侧均设有内置的压力盒。
[0010]优选地，所述模型土箱主体内侧设有缓冲层。
[0011]优选地，所述钢板支架固定在底板上，位于模型土箱主体的侧面，钢板支架的两侧由垂面和斜面组成，激光位移传感器设在钢板支架的上。
[0012]本实用新型具有以下有益效果:
[0013]1.在振动台试验中，通过螺栓8压缩弹簧7施加荷载，最后通过承压钢板将压力均匀传递至土体。试验中将弹簧压缩量与带刻度尺的薄钢板9对应，便可得到荷载值。
[0014]2.在试验过程中，该层状剪切模型箱实现了双向振动(X、Z方向)，且该土箱主体不会限制土层在振动方向上的运动，允许模型土箱主体有较大幅值的振动，更能真实模拟深厚土层在地震作用下的动力响应。
[0015]3.底板布置正弦式压力盒，可对试验测试土层的围压，侧压力系数进行测定，可反推震后土体的应力状态，分析其可能的破裂位置。
[0016]4.模型土箱主体的内侧设有与土体刚度相近缓冲层，使得土体和模型土箱主体在长度方向上的变形相似，并且可减小土体与模型土箱主体的相互作用和减小压缩波的产生。
[0017]5.钢板支架上均安装有激光位移传感器，能够全过程监测土体的剪切变形。
[0018]6.本装置，安装、拆卸方便，且试验过程安全，具有较强的实用性。
【附图说明】
[0019]图1是一种竖向加载多层剪切模型箱的结构示意图；
[0020]图2是一种竖向加载多层剪切模型箱的侧视图；
[0021 ]图3是一种竖向加载多层剪切模型箱中反力系统的俯视图；
[0022]图4是一种竖向加载多层剪切模型箱的试验过程图。
[0023]附图标记含义如下:1.底板;2.模型土箱主体;3.加载装置;4.承压钢板;5反力钢板;6.顶板;7.弹簧;8.螺栓;9.带刻度尺的薄钢板；10.滚动滑轮；11.侧限板；12.缓冲层；13.钢板支架；14.激光位移传感器；15.压力盒；16.轴承；17.限位钢板；18.传感器出线孔；19.滑槽;20.反力支架;21.层状框架;131.垂面;132.斜面。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
[0025]如图所示，一种竖向加载多层剪切模型箱，包括底板1、模型土箱主体2、反力系统、滚动滑轮10、钢板支架13、激光位移传感器14、传感器出线孔18，反力系统包括反力钢板5及与其相连的反力支架20，底板I上固定有模型土箱主体2，模型土箱主体2中纵向设有层状框架21，相邻两层框架之间均设置有轴承16和滑槽19，可相对滑动，方便拆卸。模型土箱主体2的顶部设有加载装置3，加载装置3包括弹簧7、顶板6、带刻度尺的薄钢板9、螺栓8，弹簧7上部设有顶板6，弹簧7的底部设在反力钢板5上，带刻度尺的薄钢板9对称垂直设置在反力钢板5的两侧，其底部固定在反力钢板5上，带刻度尺的薄钢板9底部与反力钢板焊接，主要起到对应荷载，保证顶板6处于同一水平线上。以保证施加荷载的准确。
[0026]模型土箱主体底部与底板I焊接固定。模型土箱主体层数最佳为10层，从上向下数，为使第一层土体围压避免过高，破坏土体状态，其层高为其他剪切层层高的2倍。
[0027]以图1为例，反力支架20布置在模型土箱主体2前后两侧。反力钢板5与反力支架20采用螺栓8连接，反力支架20与底板I焊接。
[0028]滚动滑轮10的两侧设有侧限板11，侧限板11仅与反力钢板5底部焊接。侧限板11具有较大的刚度。限制加载装置与模型土箱主体2的相对滑动位移。滚动滑轮10可相对滑动，保证了整个模型土箱的各层间可沿水平方向自由滑动，不限制土体的水平向振动。模型土箱主体2内侧设有缓冲层12，缓冲层12减小了模型的边界效应。保证试验的安全。在试验过程中，模型土箱主体2的各个剪切层，由于缓冲层12的作用，可使得土体和模型土箱主体在长度方向上的变形相似，减小土体与模型土箱主体的相互作用和压缩波的产生，其中缓冲层与宽度方向的剪切框连接成一片。
[0029]层状框架21底部中间设有限位钢板17。使得各层土体够在水平振动方向上相对滑动，发生较大振动位移，且加载装置不限制模型土箱主体2沿竖向振动，从而能同时模型土层的双向振动，更好的模拟土层的剪切变形。且避免在较大幅度的振动下土体甩出，保证试验的安全和结果的准确。
[0030]底板I内和模型土箱主体2内侧均设有内置的压力盒15。可测定土体的侧压力系数，校核填筑土体的土压力，并与理论值对比。
[0031]钢板支架13固定在底板I上，位于模型土箱主体2的侧面，钢板支架13的两侧由垂面131和斜面132组成，激光位移传感器14设在钢板支架13上。可随时监测土体的剪切变形，钢板支架13与模型土箱主体2不连接，好处在于:不限制层间土体发生大幅度振动，减小惯性效应，因为模型质量越大，自身引起的惯性越大，使得振动加剧。激光位移传感器14与钢板底部内置的压力盒数值对应，有利于分析土体的变形。
[0032]由于该装置允许层间土体具有较大的相对位移滑动，而钢板支架的设置可保证试验过程绝对安全。
[0033]本实施方式中缓冲层12可以采用薄金属钢片或聚乙烯材料。弹簧系数已标定，带刻度尺的薄钢板9标有刻度与弹簧压缩量对应，可通过螺栓8压缩弹簧7调节荷载值。
[0034]现有加载模型箱，支架与顶部钢板固定，限制了大幅度的振动位移。而本实用新型支架钢板与加载装置无连接，使得层间土体可发生较大的幅度的振动位移，且不限制塑向振动。
[0035]加载装置3通过底部的反力钢板5能有效的将压力传递至承压钢板4上，可使传向土体的应力更均匀，使试验结果更准确。
[0036]加载装置3通过螺栓8压缩弹簧7施加荷载，根据需要，可通过调节弹簧压缩量对土层施加有效围压，并对应带刻度尺的薄钢板9获取施加荷载值，以精确控制土层围压。
[0037]底板I的底部能直接与大型振动台相连接，并随着大型振动台而振动。
[0038]模型土箱主体2顶部的承压钢板4上设置有若干传感器出线孔18，并在其两侧设有传感器接线盒。
[0039]在振动试验中，将土体分层填装在模型土箱主体2内，填充完毕后，通过压缩弹簧7对承压钢板施压。在试验过程中，模型土箱主体不会限制土层在水平向的振动，且由于弹簧的设置允许模型土箱主体竖向运动，故该多层模型土箱主体能模拟深厚土层在振动荷载作用下的双向振动。
【主权项】
1.一种竖向加载多层剪切模型箱，包括底板、模型土箱主体、反力系统、滚动滑轮、钢板支架、激光位移传感器、传感器出线孔，反力系统包括反力钢板及与其相连的反力支架，底板上固定有模型土箱主体，模型土箱主体中纵向设有层状框架，相邻两层框架之间均设置有轴承和滑槽，其特征在于:所述模型土箱主体(2)的顶部设有加载装置(3)，所述加载装置(3)包括弹簧(7)、顶板(6)、带刻度尺的薄钢板(9)、螺栓(8)，弹簧(7)上部设有顶板(6)，弹簧(7)的底部设在反力钢板(5)上，带刻度尺的薄钢板(9)对称垂直设置在反力钢板(5)的两侦U，其底部固定在反力钢板(5)上。2.根据权利要求1所述的竖向加载多层剪切模型箱，其特征在于:所述反力支架(20)布置在模型土箱主体(2)的前后两侧。3.根据权利要求1所述的竖向加载多层剪切模型箱，其特征在于:所述滚动滑轮(10)的两侧设有与反力钢板(5)底部连接的侧限板(11)。4.根据权利要求3所述的竖向加载多层剪切模型箱，其特征在于:层状框架(21)底部中间设有限位钢板(17)。5.根据权利要求4所述的竖向加载多层剪切模型箱，其特征在于:所述底板(I)内和模型土箱主体(2)内侧均设有内置的压力盒(15)。6.根据权利要求5所述的竖向加载多层剪切模型箱，其特征在于:所述模型土箱主体(2)内侧设有缓冲层(I 2)。7.根据权利要求6所述的竖向加载多层剪切模型箱，其特征在于:所述钢板支架(13)固定在底板(I)上，位于模型土箱主体(2)的侧面，钢板支架(13)的两侧由垂面(131)和斜面(132)组成，激光位移传感器(14)设在钢板支架(13)上。
【文档编号】G01N3/02GK205538445SQ201620290140
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】吴红刚, 艾挥, 陈小云
【申请人】中铁西北科学研究院有限公司