土工振动台试验上覆压力加载方法
【专利摘要】土工振动台试验上覆压力加载方法，包括下列步骤：步骤10在模型箱内设置土体；步骤20在土体上方设置气囊，气囊通过管线和模型箱外的气源连接；步骤30在模型箱口设置压盖，覆盖模型箱口，将压盖和模型箱固定连接；步骤40打开气源，向气囊加载气压，根据需要调压阀调节气囊压力获得所需加载压力。本发明可有效的拓展现有振动台试验中研究地基土体的深度，为深入研究深部土体的动力特性提供技术支撑。
【专利说明】土工振动台试验上覆压力加载方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于土工振动台试验模拟土体上覆压力的加载方法，属于试验方法领域。该方法可有效的解决土工振动台试验无法反映土体应力状态变化的问题。该方法不仅可以模拟建筑物(构筑物)的基底压力，也可以模拟深厚覆盖层上作用的上覆土体自重应力。为进一步研究一定应力水平下的土体动力特性试验提供重要的技术支撑。
【背景技术】
[0002]原位试验的场地条件完全真实，其试验结果相对可靠，但对于爆破、污染物扩散、地震破坏等问题，由于所处环境介质复杂、多相多场相互作用强烈、时空跨度大，进行现场全过程监测难度较大。相比之下，缩尺模型试验在揭示这些过程的机理、验证科学理论和解决工程技术问题时，更为灵活有效。
[0003]岩土工程抗震研究领域得到广泛应用的振动台模型试验有两类:普通振动台试验(Ig重力加速度)和离心机振动台试验(ng重力加速度)。振动台模型试验可再现各种形式的地震波，用以模拟若干地震现象的初震、主震和余震全过程，可直观地了解和认识地震过程中试验对象的反应特征和破坏现象，目前已成为土工抗震研究的一种主要技术手段。研究内容已涉及地基与基础的静动力响应分析、建筑液化震陷、堤坝和边坡的变形及稳定性评价、地下结构地震破坏与上浮、土一结构相互作用、土工构筑物地震反应、土体液化等诸多方面，取得了丰硕的科研成果。
[0004]受到振动台台面尺寸和承载能力的限制，模型地基的土层厚度十分有限，一般不超过2m。对于地基上存在的建筑物(构筑物)，亦或是试验对象为埋深较深的土体，由于实际存在的土体上覆压力在试验中未能得到相应体现，将导致模型地基的应力状态与原型地基的初始应力状态不符。因此在上述条件下进行的振动台试验得到的模型地基以及结构物的地震反应难以真实地反映实际原型地基和其上结构的地震反应。
[0005]场地液化评价与抗液化处理一直是岩土地震工程领域的重要课题。振动台试验虽然可以较好地体现模型的抗震性能，但由模型的试验结果推算的原型结构及地基土体的抗震性能还存在较大的争议。因此试验过程中模型正确模拟原型实际应力决定了试验结果的可靠性及真实性，为评价实际原型地基和其上结构的地震反应提供技术支撑。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种土工振动台试验上覆压力加载方法，用于振动台模型试验中实现土体上覆荷载的施加，使得模型土体与原型土体的应力水平相匹配，从而实现一定应力水平下的地基土体或土一结构相互作用体系的振动台试验。
[0007]实现本发明目的的技术方案是:土工振动台试验上覆压力加载方法，包括下列步骤:
步骤10在模型箱内设置土体；
步骤20在土体上方设置气囊，气囊通过管线和模型箱外的气源连接； 步骤30在模型箱口设置压盖，覆盖模型箱口，将压盖和模型箱固定连接；
步骤40打开气源，向气囊加载气压，根据需要调压阀调节气囊压力获得所需加载压力。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述步骤20中进一步包括:在土体上方设置水平延伸的上、下保护层，所述气囊设在上、下保护层之间的空间内。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤30中，压盖和模型箱之间采用螺栓连接。
[0010]本发明的有益效果如下:
本发明通过在模型箱上部安装压盖，压盖与模型箱之间形成封闭空间，采用气囊作为加载设备，气囊通过外接气源供气，气囊压力作用于研究土体的表面和上部压盖，将荷载均匀的传递到土体内部。气囊压力可通过外部调压阀进行精确控制，从而得到土体的不同应力状态。
[0011]①该方法采用气囊作为加载设备，不增加研究土体的上部重量，使得土体的动力响应更真实，同时也减小了振动台的负荷；
②该加载方法简单，只需对现有模型箱进行简单改造，根据模型箱尺寸制作配套的气囊，即可实现对试验土体的加载；
③加载方式简单灵活。根据试验模型和条件，可选用高压气瓶、气泵等作为加载气源，通过调压阀装置可精确控制气囊压力的大小和加载速率，确保土样内部压力均匀传递，并可根据试验要求随时改变气囊内部压力大小；该振动台试验上覆压力加载方法可达到以下技术指标:
(1)压力范围:(T300kPa;
(2)模型土样尺寸:可根据试验要求，加工制作配套的气囊尺寸；
(3)模拟土体深度:设备可模拟(T50m埋深土体的上覆压力。
[0012]本发明可有效的拓展现有振动台试验中研究地基土体的深度，为深入研究深部土体的动力特性提供技术支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1的压力加载示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例和附图做进一步说明(请将图1中的文字标示修改为实施例中的数字。)。
[0015]土工振动台试验上覆压力加载方法，包括下列步骤:
步骤10在模型箱I内设置土体9 ；
步骤20在土体上方9设置水平延伸的上保护层8a和下保护层Sb，将气囊2设在上、下保护层8a、8b和模型箱壁12围成的空间内，气囊2通过管线5和模型箱I外的气源3连接，气源3可采用高压气瓶或气泵等气压源；
步骤30在模型箱口 11设置压盖4，使压盖4覆盖模型箱口 11，将压盖4和模型箱I用螺栓10固定连接；
步骤40打开气源，向气囊2加载气压，根据需要通过调压阀6调节气囊压力获得所需加载压力。气囊2通过压盖4在气囊压力与模型箱内力之间建立平衡，使得气囊压力可有效的传递到试验土样内部。气囊施加的上覆压力示意图见附图1所示。
【权利要求】
1.土工振动台试验上覆压力加载方法，其特征是，该方法包括下列步骤: 步骤10在模型箱内设置土体； 步骤20在土体上方设置气囊，气囊通过管线和模型箱外的气源连接； 步骤30在模型箱口设置压盖，覆盖模型箱口，将压盖和模型箱固定连接； 步骤40打开气源，向气囊加载气压，根据需要调压阀调节气囊压力获得所需加载压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤20中进一步包括:在土体上方设置水平延伸的上、下保护层，所述气囊设在上、下保护层之间的空间内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤30中，压盖和模型箱之间采用螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤20中的气源为高压气瓶或气泵。
【文档编号】G01V1/00GK104316282SQ201410561350
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】蔡正银, 张世殊, 武颖利, 胡金山, 徐光明, 谢洪毅, 黄英豪, 顾行文, 关云飞, 李小梅 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院