一种用于振动台试验的矩形叠层剪切变形模型箱的制作方法

本实用新型属于土工模型试验技术领域，涉及一种试验设备，具体涉及一种用于振动台试验的矩形叠层剪切变形模型箱，主要用于土体的振动台试验。

背景技术：

在地震作用下，浅层的地表由于受到地震波的影响会发生各种形式的破坏，如喷水冒砂，地表塌陷，液化大变形，液化诱发地面侧移等，地震波对地表的作用以剪切变形为主。土体的振动台试验能较好的模拟土的剪切变形，在利用振动台试验模拟涉及半无限场地的地震响应时，需要用到一种试验设备来盛装土体，即模型箱。目前国内外的振动台试验用模型箱有刚性模型箱、圆筒型柔性模型箱和叠层剪切变形模型箱三种类型。矩形叠层剪切变形模型箱由于其安装方便、能较好的模拟地震层状剪切特性等特点，得到了国内外研究者的广泛使用，根据已有研究成果，模型箱在设计过程中主要考虑以下因素：①能够正确模拟土的边界条件；②能够正确模拟土的剪切变形。

目前，叠层剪切模型箱的侧向约束一般通过在垂直于振动方向的框架侧面安装弹性钢板来提供，分层框架与钢板通过螺栓连接，安装难度大，由于钢板变形小导致相邻两层框架间的相对位移小，同时由于分层框架与钢板的多点连接，在振动过程中，分层框架间的层间变形不协调，不能较好的反映土体的层间剪切变形；土体-模型箱体系在振动过程中，现有的叠层剪切模型箱的整体刚度不能调整，当模型箱内的土体密度发生改变，即盛装不同类型的土体时，土体-模型箱体系有可能产生共振，即模型箱的适用性存在不足。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于振动台试验的矩形叠层剪切变形模型箱，该模型箱结构形式简单，安装方便，且可以根据试验要求改变模型箱的整体刚度，非常适合用于土的振动台试验。

本实用新型的技术方案:

本发明中提出的一种用于振动台试验的矩形叠层剪切变形模型箱，包括底层组合框架(1)、标准层组合框架(2)、弹性杆(3)。

所述底层组合框架(1)由底板(4)和组合框架(5)组成，底板(4)的外侧钻有螺孔，并通过螺栓固定在振动台台面上，组合框架(5)为矩形框架，组合框架(5)的长边由c型槽钢(50mm×100mm×2mm)和方钢(50mm×100mm×2.5mm)通过叠合后焊接形成，c型槽钢的腹板朝上形成滑槽，方钢通过焊接的方式与底板(4)相连，并用强力胶水封边，组合框架(5)的短边为侧立放置的方钢，组合框架(5)的四周设置有四个大螺帽(6)，大螺帽(6)是带有内螺纹的钢管，在组合框架(5)四周钻孔后，将大螺帽(6)焊接在孔内，弹性杆(3)的下端螺纹锚入大螺帽(6)内。

所述标准层组合框架(2)由组合框架(5)和滑轮(7)组成，滑轮(7)安装在组合框架(5)的长边底部，成对称位置布置，共四个，滑轮(7)在组合框架(5)的c型槽钢内沿长度方向可自由滑动，组合框架(5)的四周钻有四个圆形通孔(8)，弹性杆(3)穿过圆形通孔(8)将多个组合框架(5)串成模型箱。在振动过程中，标准层组合框架(2)能够自由滑动，滑轮减少了层间摩擦力，弹性杆(3)提供侧向约束，模型箱在振动过程中保持变形协调。

所述弹性杆(3)是有弹性的钢杆，当模型箱内的土体密度发生改变，即盛装不同类型的土体时，为避免土体-模型箱体系产生共振，可以通过选用不同直径的钢杆来改变弹性杆(3)的整体刚度，进而提高模型箱的适用性。弹性杆(3)的两端设置有螺纹，一端锚入大螺帽(6)内与底层组合框架(1)相连，一端穿过标准层组合框架(2)的圆形通孔(8)，将底层组合框架(1)和标准层组合框架(2)串成一个模型箱，弹性杆(3)的上端部设置有弹簧(9)和小螺帽(10)来防止标准层组合框架(2)在振动过程中滑出。

优选的，所述组合框架(5)材料为c型槽钢和方钢，总长1600mm，总宽1100mm，单层高度为100mm，其材料和尺寸可以根据实验要求确定；

优选的，所述滑轮(7)承载量为160kg，其型号可以根据其所受的模型箱体总重量来选择；

优选的，弹性杆(3)为高1500mm，直径28mm的弹性钢杆，通过选用不同直径和长度的钢杆可以改变模型箱的整体刚度和高度。

优选的，模型箱内侧设置有一圈方形橡胶模，其底部与组合框架用密封胶水固定，用来防水和减少土体与模型箱的剪切应力。

本实用新型的有益效果：利用c型槽钢和方钢焊接形成组合框架，c型槽钢可以作为滑槽使用，同时能够约束滑轮做定向运动，这种结构形式设计简单，层间摩擦少，有效模拟土体的层状剪切变形；四周设置弹性杆，提供模型箱侧向约束，使模型箱各层框架变形协调，通过改变弹性杆的直径来调整模型箱的整体刚度，提高了模型箱的适用性。本实验装置构造简单，安装方便，适用性强，为层状剪切变形模型箱的设计提供了新思路。

附图说明

图1为本实用新型模型箱的总体结构示意图；

图2为本实用新型模型箱的底层组合框架三视图；

图3为本实用新型模型箱的标准层组合框架三视图及组合框架断面图；

图4为本实用新型模型箱的弹性杆主视图；

图中，1、底层组合框架，2、标准层组合框架，3、弹性杆，4、底板，5、组合框架，6、大螺帽，7、滑轮，8、圆形通孔，9、弹簧，10、小螺帽。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图与实施例，对本实用新型作进一步的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种用于振动台试验的矩形叠层剪切变形模型箱，包括底层组合框架(1)、标准层组合框架(2)、弹性杆(3)。

如图2所示，底层组合框架(1)由底板(4)和组合框架(5)组成，底板(4)的外侧钻有螺孔，并通过螺栓固定在振动台台面上，组合框架(5)为矩形框架，组合框架(5)的长边由c型槽钢(50mm×100mm×2mm)和方钢(50mm×100mm×2.5mm)通过叠合后焊接形成，c型槽钢的腹板朝上形成滑槽，方钢通过焊接的方式与底板(4)相连，并用强力胶水封边，组合框架(5)的短边为侧立放置的方钢，组合框架(5)的四周设置有四个大螺帽(6)，大螺帽(6)是带有内螺纹的钢管，在组合框架(5)四周钻孔后，将大螺帽(6)焊接在孔内，弹性杆(3)的下端螺纹锚入大螺帽(6)内。

如图3所示，标准层组合框架(2)由组合框架(5)和滑轮(7)组成，滑轮(7)安装在组合框架(5)的长边底部，成对称位置布置，共四个，滑轮(7)在组合框架(5)的c型槽钢内沿长度方向可自由滑动，组合框架(5)的四周钻有四个圆形通孔(8)，弹性杆(3)穿过圆形通孔(8)将多个组合框架(5)串成模型箱。在振动过程中，标准层组合框架(2)能够自由滑动，滑轮减少了层间摩擦力，弹性杆(3)提供侧向约束，模型箱在振动过程中保持变形协调。

如图4所示，弹性杆(3)是有弹性的钢杆，弹性杆(3)的两端设置有螺纹，一端锚入大螺帽(6)内与底层组合框架(1)相连，一端穿过标准层组合框架(2)的圆形通孔(8)，将底层组合框架(1)和标准层组合框架(2)串成一个模型箱，弹性杆(3)的上端部设置有弹簧(9)和小螺帽(10)来防止标准层组合框架(2)在振动过程中滑出。

模型箱内侧设置有一圈方形橡胶模，其底部与组合框架用密封胶水固定，用来防水和减少土体与模型箱的剪切应力。固定好底板，锚定好弹性杆，将多个标准层组合框架穿入弹性杆后用弹簧和小螺帽固定模型箱顶部，安装好橡胶模，待一切准备好，即可进行振动台试验。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本实用新型的保护范围之内。