动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，属于土工动力离心试验技术领域。该装置包括离心机、模型箱、地下结构物装置、测力系统、连接杆以及反力梁。模型箱安装于离心机吊篮内，地下结构物埋设于模型箱地基土体内。测力系统包括拉压力计和球头轴承，可实现竖向受力测试的同时保证地下结构物水平向自由运动。拉压力计与地下结构物装置连接在一起，球头轴承通过连接杆与反力梁固定在一起。反力梁通过螺栓与模型箱固定。本实用新型装置构造较简单，适用性广，便于推广，解决了试验过程中管土位移协调问题。
【专利说明】
动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置
技术领域
[0001]本实用新型属于动力离心试验技术领域，具体涉及一种超重力条件下埋地结构物竖向受力测试装置。
【背景技术】
[0002]随着城市化进程的加快，地铁、隧道以及各类地下结构工程已成为必然趋势。近年来，强震作用下液化场地中结构物的破坏问题开始凸显，其中上浮变形是主要破坏形式之一。通过试验再现地震液化场地结构物上浮变形，研究其受力机理，有助于确保地震作用下地下结构物的安全。
[0003]土工动力离心机能还原应力应变场，直接再现地震工况，是研究地震作用下地下结构物受力变形特性的有效工具。然而，目前尚未有可用于离心机的地下结构物竖向受力测试装置，一方面是因为地下结构物一般位于水位线以下，力传感器防水性能欠佳，极易损坏;另一方面，受测力装置刚性连接的限制，试验过程中地下结构物在水平方向不能自由移动，管土位移不协调，试验测试结果与实际响应存在一定差异。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，包括离心机、模型箱、地下结构物装置、测力系统、连接杆以及反力梁。所述的模型箱安装于离心机吊篮内，模型箱中铺设有地基土体，地基土体中埋有地下结构物装置。所述模型箱底部设有进水通道，进水通道的箱内出水口处安装有透水石。所述地下结构物装置包括结构物，结构物传力环以及结构物连接杆三部分;结构物传力环套在地下结构物外部，结构物连接杆与结构物传力环机械连接。所述反力梁是一矩形钢板，固定于模型箱上。所述测力系统包括拉压力计和球头轴承。拉压力计和球头轴承通过加长螺栓连接;拉压力计与地下结构物装置连接在一起，球头轴承通过连接杆与反力梁固定在一起。
[0006]进一步地，所述的地基土体材料为砂土，砂土的种类根据具体试验条件选用
[0007]进一步地，所述的地下结构物材料为招、钢、混凝土、pvc或有机玻璃等，材料和形状根据试验情况设计。结构物传力环内径比地下结构物外径大0.5?1mm，结构物传力环顶部开有直径1mm螺孔，结构物连接杆通过该螺孔与结构物传力环机械连接，结构物连接杆直径I Omm ο结构物传力环与结构物连接杆材质需满足自重轻且刚度大的要求。
[0008]进一步地，所述的拉压力计需安装于地基土体外部，避免试验过程中进水;球头轴承转动角度需大于15°，以保证试验过程中地下结构物水平位移不受限制。
[0009]进一步地，所述的反力梁两端相应位置处开有螺孔，通过4个直径为12mm的螺栓与模型箱固定;同时中部预留孔洞，以固定连接杆。
[0010]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0011](I)本实用新型的结构简单，操作性强，拆装方便，且易于改造，便于推广使用。
[0012](2)本实用新型可适用于多种土质类型的地基。
[0013](3)地下结构物装置与测力装置相互独立，且力传感器安装于地基土体外部，可避免试验过程中传感器进水，球头轴承可保证地下结构物水平向位移自由，使得试验结果更接近真实情况。
[0014](4)本设备原理简单，可用于不同尺寸、不同埋置位置、不同形状的地下结构物竖向受力测试试验。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的俯视图；
[0016]图2是本实用新型的A-A剖面图；
[0017]图3是本实用新型的B-B剖面图；
[0018]图4是测力系统结构详图；
[0019]图5是离心机工作原理示意图；
[0020]图中:离心机I;离心机吊篮1-1;离心机振动台1-2;模型箱2;模型箱进水通道2-1；透水石2-2 ；地基土体3 ；地下结构物装置4 ；地下结构物4-1 ；结构物传力环4-2 ；结构物连接杆4-3;测力系统5;拉压力计6;球头轴承7;连接杆8;反力梁9。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0022]如图1、2、3所示，本实用新型是动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，包括离心机1、模型箱2、地下结构物装置4、测力系统5、连接杆8以及反力梁9。
[0023]所述的模型箱2安装于离心机I吊篮1-1内的离心机振动台1-2上，模型箱2中制备有地基土体3，地基土体3中埋有地下结构物装置4。地基土体3材料为砂土，砂土的种类根据具体试验条件选用。
[0024]所述模型箱2底部设有进水通道2-1，通道上设有开关。进水通道2-1的箱内出水口处安装有透水石2-2，可防止地基土体3堵塞进水通道2-1。
[0025]所述地下结构物装置4包括地下结构物4-1、结构物传力环4-2以及结构物连接杆4-3三部分。地下结构物4-1材料为招、钢、混凝土、pvc或有机玻璃等，材料根据试验情况选择。结构物传力环4-2在地下结构物4-1外部，其内径比地下结构物4-1外径大0.5?1mm，结构物传力环4-2顶部开有直径1mm螺孔，结构物连接杆4-3通过该螺孔与结构物传力环4-2机械连接，结构物连接杆4-3直径10mm。传力环4-2与连接杆4-3材质需满足自重轻且刚度大等要求。
[0026]如图4所示，所述测力系统5包括拉压力计6和球头轴承7。拉压力计6和球头轴承7通过加长螺栓连接;所述的拉压力计6安装于地基土体3外部，避免试验过程中传感器进水；球头轴承7中的球状杆件可自由转动，转动角度需大于15°，能保证试验过程中地下结构物4-1水平位移不受限制。拉压力计6下端与地下结构物装置4连接在一起，球头轴承7上部通过连接杆8与反力梁9固定在一起。
[0027]所述反力梁9是一根长40cm、截面尺寸为3cmX12mm的钢板，钢板两端相应位置处开有4个螺孔，通过直径为12mm的螺栓与模型箱2固定;钢板中部预留孔洞，以固定连接杆7。
[0028]本实用新型工作原理如下:
[0029]试验前在模型箱2内制备地基土体3材料，当地基土体3达到地下结构物设计埋深时，放置地下结构物装置4，再覆盖剩余地基土体3。土体制备完毕后，将模型箱2置于真空环境下，同时从模型箱2底部的进水通道2-1中缓慢通入流体介质，直至液面高于地基土体3大约1mm左右;饱和完毕后，将模型箱2转移出真空环境，完成试验前场地模型的制备。将测力系统5与连接杆8固定在一起，并确认球头轴承7可自由转动。在模型箱2上方安装反力梁9，随后将测力系统5与连接杆8安放在预定孔洞位置，并把拉压力计6与结构物连接杆4-3用加长螺母固定，如图2、3、4所示。
[0030]如图5所示，将模型箱2安装在离心机I吊篮1-1的离心振动台1-2上，连接好数据采集仪后，开启离心机I进行试验。试验开始后，离心机逐级加速到30g，稳定大约30分钟后，开始依次施加地震动。两次激励时间间隔约为30min?60min，具体以孔压消散完全为标志。试验过程中，球头轴承7可保证地下结构物4-1竖向固定，水平方向自由运动;拉压力计6可以实时测量地震液化过程中地下结构物4-1的竖向受力变化情况。振动完毕后，停机，试验结束。
【主权项】
1.一种动力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，包括离心机(I)、模型箱(2)、地下结构物装置(4)、测力系统(5)、连接杆(8)以及反力梁(9);所述的模型箱(2)安装于离心机吊篮(1-1)内，模型箱(2)中铺设有地基土体(3)，地基土体(3)中埋有地下结构物装置(4);所述模型箱(2)底部设有进水通道(2-1)，进水通道(2-1)的箱内出水口处安装有透水石(2-2);所述地下结构物装置(4)包括地下结构物(4-1)、结构物传力环(4-2)以及结构物连接杆(4-3)三部分;结构物传力环(4-2)套在地下结构物(4-1)外部，结构物连接杆(4-3)与结构物传力环(4-2)机械连接;所述反力梁(9)为矩形钢板，固定于模型箱(2)上;所述测力系统(5)包括拉压力计(6)和球头轴承(7);拉压力计(6)和球头轴承(7)通过加长螺栓连接;拉压力计(6)与地下结构物装置(4)连接在一起，球头轴承(7)通过连接杆(8)与反力梁(9)固定在一起。2.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的地基土体(3)材料为砂土。3.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的地下结构物(4-1)材料为铝、钢、混凝土、pvc或有机玻璃;结构物传力环(4-2)内径比地下结构物(4-1)外径大0.5?Imm，结构物传力环(4_2)顶部开有直径1mm螺孔，结构物连接杆(4-3)通过该螺孔与结构物传力环(4-2)机械连接，结构物连接杆(4-3)直径I Omm。4.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的拉压力计(6)安装于地基土体(3)外部;球头轴承(7)转动角度大于15°。5.根据权利要求1所述的力离心试验条件下地下结构物受力测试装置，其特征在于，所述的反力梁(9)两端相应位置处开有螺孔，通过四个直径为12mm的螺栓与模型箱(2)固定；同时中部预留孔洞，以固定连接杆(8)。
【文档编号】G01M7/02GK205538140SQ201620237518
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】刘婧雯, 黄博, 樊继营, 凌道盛, 刘辉, 李琪群, 廖凯龙
【申请人】浙江大学