專(zhuān)利名稱(chēng):一種層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，包括剪切土箱、振動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置。剪切土箱包括框架層，框架層間縱向由可鎖緊和松開(kāi)的滑塊與直線導(dǎo)軌連接，橫向由回彈板簧和半球柱鉸連接，框架層置于振動(dòng)裝置的底板上，剪切土箱內(nèi)部布置褶皺式橡膠膜，褶皺插入框架層間及與底板的間隙內(nèi)；振動(dòng)裝置的底板分別通過(guò)板簧，及彈簧支撐在底梁上，底板另有安裝透水石的底板孔，底梁固定在實(shí)驗(yàn)室地面上；驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)在工字型鋼梁端面的電動(dòng)伺服作動(dòng)器和與之連接的力傳感器，前者由連接板安裝在反力墻上。本裝置可模擬地震時(shí)剪切波在有限厚度土層的傳播過(guò)程，層狀振動(dòng)剪切土箱克服了一般振動(dòng)臺(tái)基底剪切力的局限性，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安裝和應(yīng)用方便的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種土木工程試驗(yàn)用的層狀剪切試驗(yàn)裝置，特別是一種層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)一步在地震震動(dòng)作用下的無(wú)限域土壤場(chǎng)地的放大效應(yīng)、土體動(dòng)態(tài)特性和土與結(jié)構(gòu)物相互作用研宄，在巖土地震工程學(xué)方面有重大意義。為研宄土壤特性，比如應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和液化，在實(shí)驗(yàn)室中常使用三軸壓縮儀、單剪裝置和規(guī)律或不規(guī)律動(dòng)荷載下扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)對(duì)少量土樣進(jìn)行試驗(yàn)研宄。在這些類(lèi)型試驗(yàn)中，土壤基礎(chǔ)中的應(yīng)力和變形受邊界條件的影響顯著。另外由于試驗(yàn)加載裝置和試樣尺寸的局限性，致使試驗(yàn)中荷載情況與現(xiàn)場(chǎng)情況存在差異。
[0003]層狀剪切箱試驗(yàn)一定程度上克服了上述試驗(yàn)的缺點(diǎn)，如可提供受控的試驗(yàn)環(huán)境、消除邊界效應(yīng)，另外可以較為經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)相關(guān)研宄。通常，層狀剪切箱是一個(gè)可置于振動(dòng)臺(tái)上的柔性容器，在模擬地震作用下可以層狀剪切變形，可用于模擬地震時(shí)剪切波在有限厚度的土層的傳播過(guò)程。
[0004]以往研宄使用的裝置存在的不足之處在于:(I)層狀剪切箱不能很好地模擬震動(dòng)情況下土體的反應(yīng)特性；(2)為適應(yīng)振動(dòng)臺(tái)基地剪力能力，致使剪切箱尺寸太小；(3)剪切箱的框架層與層之間的層間隙過(guò)大，不能很好模擬震動(dòng)下土體的單剪試驗(yàn)；(4)剪切箱的震動(dòng)試驗(yàn)必須依靠振動(dòng)臺(tái)，試驗(yàn)受限于振動(dòng)臺(tái)震動(dòng)能力且試驗(yàn)成本太高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，能夠很好地模擬震動(dòng)情況下土體的反應(yīng)特性。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]該層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，包括剪切土箱，和支撐所述剪切土箱的振動(dòng)裝置，以及帶動(dòng)所述振動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0008]所述剪切土箱包括若干框架層，所述框架層之間縱向由若干可鎖緊和松開(kāi)的滑塊與直線導(dǎo)軌套件連接，保證既能進(jìn)行低摩阻力靈活滑動(dòng)，又可減少連接間隙，所述框架層之間橫向由若干回彈板簧和半球柱鉸組件連接，該剪切土箱底部置于所述振動(dòng)裝置的底板上，剪切土箱內(nèi)部布置有褶皺式橡膠膜，所述褶皺式橡膠膜的褶皺插入所述框架層之間與所述底板的間隙內(nèi)。
[0009]所述振動(dòng)裝置的底板分別通過(guò)板簧，以及通過(guò)彈簧支撐在底梁上，所述底板上設(shè)有安裝透水石的底板孔，所述底梁通過(guò)地錨拉桿固定在實(shí)驗(yàn)室地面上。
[0010]所述驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在所述振動(dòng)裝置的工字型鋼梁端面的電動(dòng)伺服作動(dòng)器和通過(guò)連接板連接的力傳感器，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器通過(guò)電磁隔離墊與所述力傳感器連接，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器通過(guò)作動(dòng)器連接板安裝在實(shí)驗(yàn)室反力墻上。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]本實(shí)用新型剪切土箱的框架層統(tǒng)一模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求增加或減少層數(shù)，調(diào)整箱體高度；框架層與框架層之間內(nèi)置導(dǎo)軌、滑塊連接，保證既能進(jìn)行低摩阻力靈活滑動(dòng)，又可減少連接間隙，滑塊可鎖緊或松開(kāi)；框架層與框架層橫側(cè)面由回復(fù)板簧和半球柱鉸連接，既能減小框架層剪切位移時(shí)的阻力，又可提供框架層的回復(fù)力；剪切土箱內(nèi)部設(shè)置褶皺式橡膠膜，框架層間由褶皺式橡膠膜的褶皺填充，從而使框架層連接位置均布置有延展性的密封材料，既能保證剪切箱裝置的密封性，又能減少橡膠膜對(duì)框架層剪切位移運(yùn)動(dòng)的限制；底板孔布置有透水石，以便在試驗(yàn)中采取飽和或排水措施，可很好地對(duì)不同飽和度土樣進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)；通過(guò)安裝在反力墻上的電動(dòng)伺服作動(dòng)器對(duì)剪切土箱裝置框架層主體施加不同類(lèi)型的水平力，可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)，能模擬不同類(lèi)型水平震動(dòng)下土體的剪切試驗(yàn)。
[0013]本實(shí)用新型可模擬地震時(shí)剪切波在有限厚度的土層的傳播過(guò)程，不僅能夠解決剪切箱振動(dòng)試驗(yàn)必須依附振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)的局限性，并能最大限度的模擬土體的單剪試驗(yàn)過(guò)程，克服一般振動(dòng)臺(tái)的基底剪切力的局限，本裝置穩(wěn)定可靠，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安裝和應(yīng)用方便的特點(diǎn)。

【附圖說(shuō)明】

[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0015]圖2為本圖1的左視圖；。
[0016]圖3為框架層俯視圖；
[0017]圖4為框架層間導(dǎo)軌與滑塊連接局部連接示意圖；
[0018]圖5為底板的俯視圖。
[0019]圖中:1、框架層，2、褶皺式橡膠膜，3、滑塊，4、直線導(dǎo)軌，5、回彈板簧，6、半球柱鉸，
7、底板，8、方鋼，9、工字型鋼梁，10、板簧，11、底梁，12、彈簧，13、地錨拉桿，14、螺栓，15、底板孔，16、注水閥，17、角鋼，18、連接板，19、力傳感器，20、電磁隔離墊，21、電動(dòng)伺服作動(dòng)器，22、作動(dòng)器連接板，23、反力墻。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施做進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0021]如圖1、圖2所示，該層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置包括包括剪切土箱，和支撐所述剪切土箱的振動(dòng)裝置，以及帶動(dòng)所述振動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0022]所述剪切土箱主體由十六層同尺寸的矩形框架層1，每個(gè)框架層為3000mmX 2000mmX 2000mm，高120mm，層與層之間間隙為2mm，通過(guò)沿框架層I縱邊布置的六套可鎖緊或松開(kāi)的滑塊3與直線導(dǎo)軌4套件，組合堆疊連接在一起(參見(jiàn)圖4)，框架層I四個(gè)轉(zhuǎn)角處鉚接角鋼17，框架層之間側(cè)面通過(guò)若干回彈板簧5和半球柱鉸6連接，最底部框架層焊接在底板7上，剪切土箱內(nèi)部安裝1.5mm厚的褶皺式橡膠膜2，自剪切土箱最上層框架層懸掛至底層框架層，并在底板7上部密封，褶皺式橡膠膜2的褶皺處置于框架層與框架層之間的間隙中，用以保持剪切箱水密性，同時(shí)可減少橡膠膜2對(duì)框架層I水平剪切位移限制的影響。
[0023]回彈板簧5、半球柱鉸6安裝在框架層I橫向側(cè)面，如圖2所示，每三層框架層布置兩個(gè)回彈板簧5和半球柱鉸6，對(duì)稱(chēng)分布于兩邊的回彈板簧5與半球柱鉸6之間留有2mm間隙，防止二者接觸過(guò)緊，一方面剪切箱做水平剪切位移運(yùn)動(dòng)時(shí)，回彈板簧5不會(huì)過(guò)于限制框架層I的運(yùn)動(dòng)，另一方面框架層I完成一定位移大小的水平運(yùn)動(dòng)后，回彈板簧5提供框架層I向相反方向運(yùn)動(dòng)的復(fù)位力。
[0024]圖3所示，框架層I的四個(gè)轉(zhuǎn)角處分別通過(guò)螺栓固定連接角鋼17，以提高框架層的剛度。
[0025]所述振動(dòng)裝置通過(guò)縱向設(shè)置的六個(gè)方鋼8和十二個(gè)板簧10呈兩排均勻分布在底板7下方，并固定在底梁11上，板簧10—方面支撐部分剪切箱主體重量，另一面在水平力作用下可產(chǎn)生水平方向的撓曲變形；底板7沿縱向并布置兩條或三條工字型鋼梁9，在兩條工字型鋼梁9下部分別均勻安裝兩個(gè)彈簧12與底梁11連接，安裝前施加一定預(yù)應(yīng)力，用于承受剪切土箱主體大部分重量，可減輕剪切土箱主體重量對(duì)板簧10的大部分豎向荷載作用。
[0026]圖5所示，底板7上對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)直徑為10mm的底板孔15，底板孔15中放置透水石，底板孔15通過(guò)塑料管與注水閥16連接，底板孔15內(nèi)所裝透水石用于飽和試驗(yàn)時(shí)給土樣注水；橫截面呈II形的底梁11最后通過(guò)地錨拉桿13固定在實(shí)驗(yàn)室地板的凸形槽中。
[0027]所述驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在振動(dòng)裝置的工字型鋼梁9 一端面的電動(dòng)伺服作動(dòng)器21，以及通過(guò)焊接在工字型鋼梁9端面的連接板18連接的力傳感器19，電動(dòng)伺服作動(dòng)器21通過(guò)電磁隔離墊20與力傳感器19連接，電動(dòng)伺服作動(dòng)器21通過(guò)作動(dòng)器連接板22設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室反力墻23上。電動(dòng)伺服作動(dòng)器21整體布置在剪切土箱主體側(cè)面，水平力可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)，用于提供土箱主體運(yùn)動(dòng)的水平力。
[0028]具體試驗(yàn)步驟:
[0029]1、如圖所示，裝配好剪切振動(dòng)土箱裝置的各個(gè)構(gòu)件，并檢查裝置是否完整；
[0030]2、將剪切土箱框架層之間的滑塊鎖緊，確保所有的框架層豎向垂直，固定連接好電動(dòng)伺服作動(dòng)器和剪切土箱主體，如圖1所示；
[0031]3、將試驗(yàn)土樣置于剪切土箱中，如圖2所示，土樣布置完成后，根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)土樣進(jìn)行相關(guān)工作，例如土樣的飽和；
[0032]4、將框架層之間的滑塊松開(kāi)，從而可使剪切土箱框架層能受到振動(dòng)而產(chǎn)生水平剪切位移運(yùn)動(dòng)；
[0033]5、檢查裝置的運(yùn)行情況，開(kāi)啟電動(dòng)伺服作動(dòng)器，進(jìn)行相關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括剪切土箱，和支撐所述剪切土箱的振動(dòng)裝置，以及連接并帶動(dòng)所述振動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述剪切土箱包括若干框架層(I )，框架層(I)之間縱向由若干可鎖緊和松開(kāi)的滑塊(3)與直線導(dǎo)軌(4)套件連接，框架層(I)之間橫向由若干回彈板簧(5)和半球柱鉸(6)組件連接，該剪切土箱底部置于所述振動(dòng)裝置的底板(7)上，剪切土箱內(nèi)部布置有褶皺式橡膠膜(2)，褶皺式橡膠膜(2 )的褶皺插入框架層(I)之間以及與底板(7 )的間隙內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述剪切土箱主要由十六層同尺寸的框架層(I)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:框架層(I)之間縱向由六套可鎖緊和松開(kāi)的滑塊(3)與直線導(dǎo)軌(4)套件連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:框架層(I)之間橫向每三層框架層由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的回彈板簧(5)和半球柱鉸(6)組件連接。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:剪切土箱框架層(I)的四個(gè)轉(zhuǎn)角處分別通過(guò)螺栓固定連接有提高其剛度的加固角鋼(17)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述振動(dòng)裝置的底板(7 )分別通過(guò)板簧(10 )，以及通過(guò)彈簧(12)支撐在底梁(11)上，底板(7 )上設(shè)有安裝透水石的底板孔(15 )，底梁(11)通過(guò)地錨拉桿(13 )固定在實(shí)驗(yàn)室地面上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:底板(7)通過(guò)縱向設(shè)置的六個(gè)方鋼(8)和十二個(gè)板簧(10)支撐在底梁(11)上；底板(7)下部并沿縱向設(shè)置二或三條工字型鋼梁(9)，在兩條工字型鋼梁(9)下部分別由兩個(gè)彈簧(12)均勻支撐在底梁(II)上。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:底板(7)上設(shè)置有安裝透水石并連接注水閥(16)的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的底板孔(15)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀振動(dòng)剪切土箱試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在所述振動(dòng)裝置的工字型鋼梁(9)端面的電動(dòng)伺服作動(dòng)器(21)和通過(guò)連接板連接的力傳感器(19)，電動(dòng)伺服作動(dòng)器(21)通過(guò)電磁隔離墊(20)與力傳感器(19)連接，電動(dòng)伺服作動(dòng)器(21)通過(guò)作動(dòng)器連接板(22)安裝在實(shí)驗(yàn)室反力墻(23)上。
【文檔編號(hào)】G01M7-04GK204286731SQ201420778305
【發(fā)明者】肖昭然, 朱亮亮, 周志強(qiáng), 呂清顯, 蔣敏敏, 李梵, 付志永, 侯賀營(yíng), 孫亞朋, 郭柷輝 [申請(qǐng)人]河南工業(yè)大學(xué)