專利名稱：一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及土木工程的剪切裝置，尤其是涉及一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置。
背景技術(shù)：
在實際情況下，地基土體是沒有邊界的，但在振動臺試驗中，只能用有限尺寸模型箱來裝模型土體。為了消除人工邊界效應(yīng)，將模型箱設(shè)計成在地震作用下能夠單向?qū)訝罴羟凶冃?，這樣的模型箱被稱為層狀剪切箱。但是，目前國內(nèi)的層狀剪切模型箱試驗難以反映震動情況下土體的行為，難以控制模擬土樣的飽和、固結(jié)、排水過程，因而在應(yīng)用上有較大的限制。
發(fā)明內(nèi)容為了克服背景技術(shù)中的不足，本實用新型的目的在于提供一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是底板上設(shè)有排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)分別與底板四周的排水閥連接；剪切箱從上至下依次由第1層至第20層等厚度的矩形鋁合金剪切框疊合而成，第20層固定在底板上，每兩個矩形鋁合金剪切框的長邊間均經(jīng)多個與長邊垂直的滾軸相疊合連接，剪切箱兩側(cè)長邊方向均依次對稱設(shè)有固定在底板和頂板上的位移傳感器夾具、兩個導(dǎo)向柱和靜力柱，剪切箱兩側(cè)短邊方向的中間部位均對稱設(shè)有固定在底板和頂板上的側(cè)限框架柱；矩形鋁合金剪切框上面的19層，每層均安裝了水平位移傳感器，每個位移傳感器的一端固定在鋁合金剪切框兩側(cè)長邊方向上，另一端固定在位移傳感器夾具上；每根導(dǎo)向柱內(nèi)側(cè)和頂板內(nèi)側(cè)均設(shè)有導(dǎo)向輪，導(dǎo)向柱上的導(dǎo)向輪能與每個矩形鋁合金剪切框長邊側(cè)面相接觸，頂板上的導(dǎo)向輪與第一層矩形鋁合金剪切框長邊上面相接觸，剪切箱內(nèi)側(cè)四面均安裝有橡皮膜，橡皮膜的上部四周固定在第一層矩形鋁合金剪切框頂面，橡皮膜的下部固定在底板上。所述的底板上的排水系統(tǒng)，包括透水石和排水閥，透水石均勻分布在剪切箱內(nèi)的底板孔中，通過底板內(nèi)的管路與底板四周側(cè)面的排水閥連接。所述的底板四角分別設(shè)有提升裝置。本實用新型具有的有益效果是1、每層之間由滾軸聯(lián)接，從而層與層之間可以無摩擦滑動，可以減小試驗時對土體剪切剛度的影響；2、上面19層矩形鋁合金剪切框安裝有水平位移傳感器，能夠監(jiān)測試驗過程中土體的動力響應(yīng)；3、排水系統(tǒng)能夠在試驗過程中對試樣進行飽和、固結(jié)和排水，能夠較好的控制試樣的排水條件和對各種飽和度的試樣進行試驗；4、剪切箱內(nèi)側(cè)安裝橡皮膜，能夠保持箱體的水密性，同時能夠減小土體與剪切箱
3接觸的邊界效應(yīng)；5、剪切箱頂板處安裝有導(dǎo)向輪，保證剪切框在試驗過程中不發(fā)生起跳；6、剪切箱外側(cè)由剛性框架支護，能夠保證矩形鋁合金剪切框在高離心加速度下變形量小于等于1%。，同時位移傳感器夾具為安裝位移傳感器提供場所，導(dǎo)向柱為導(dǎo)輪的安裝提供場所，能夠保證矩形鋁合金剪切框沿長度方向自由運動以及控制矩形鋁合金剪切框沿寬度方向運動；7、側(cè)限框架能夠控制試驗過程中試樣的水平震動位移量，同時能夠防止試樣甩脫，起到安全控制的作用。

圖1是本層狀剪切模型的正視圖。圖2是本層狀剪切模型的側(cè)視圖。圖3是剪切框中滾軸布置俯視圖。圖4是導(dǎo)向柱中導(dǎo)輪布置俯視圖。圖5是頂板處導(dǎo)輪布置正視圖。圖6是橡皮膜安裝俯視圖。圖7是底板排水系統(tǒng)俯視圖。圖中1、矩形鋁合金剪切框，2、頂板，3、底板，4、剛性支護框，5、側(cè)限框架，6、橡皮膜，7、導(dǎo)向輪，8，位移傳感器，9、排水系統(tǒng)，10、提升裝置，11、滾軸，12、透水石，13、排水閥， 14、位移傳感器夾具，15、導(dǎo)向柱，16、靜力柱，17、墊圈，18、螺栓。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施做進一步詳細描述如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本實用新型的底板3上設(shè)有排水系統(tǒng)9，排水系統(tǒng)9分別與底板四周的排水閥連接；剪切箱從上至下依次由第1層至第20層等厚度的矩形鋁合金剪切框1疊合而成，第20層固定在底板3上，每兩個矩形鋁合金剪切框1的長邊間均經(jīng)多個與長邊垂直的滾軸相疊合連接，剪切箱兩側(cè)長邊方向均依次對稱設(shè)有固定在底板3和頂板2上的位移傳感器夾具14、兩個導(dǎo)向柱15和靜力柱16，剪切箱兩側(cè)短邊方向的中間部位均對稱設(shè)有固定在底板3和頂板2上的側(cè)限框架柱5 ；矩形鋁合金剪切框1上面的19層，每層均安裝了水平位移傳感器8，每個位移傳感器8的一端固定在矩形鋁合金剪切框1兩側(cè)長邊方向上，另一端固定在位移傳感器夾具14上；每根導(dǎo)向柱15內(nèi)側(cè)和頂板2內(nèi)側(cè)均設(shè)有導(dǎo)向輪7，導(dǎo)向柱15上的導(dǎo)向輪能與每個矩形鋁合金框1長邊側(cè)面相接觸，頂板2上的導(dǎo)向輪7與第一個矩形鋁合金框1長邊上面相接觸，剪切箱內(nèi)側(cè)四面均安裝有厚度為2. 5mm的橡皮膜6，橡皮膜6的上部四周通過螺栓和專用墊圈17固定在第一層矩形鋁合金剪切框1頂面，橡皮膜6的下部通過螺栓和專用墊圈17固定在底板3上。所述的底板3上的排水系統(tǒng)9，包括透水石12和排水閥13，透水石12均勻分布在剪切箱內(nèi)的底板3孔中，通過底板3內(nèi)的管路與底板3四周側(cè)面的排水閥13連接。所述的底板3四角分別設(shè)有提升裝置，用來提升剪切箱裝置。所述的剛性支護框4包括包含位移傳感器夾具14、導(dǎo)向框15和靜力柱16三部分，位于剪切箱的長度方向，其中位移傳感器夾具為安裝位移傳感器提供場所，導(dǎo)向柱為安裝導(dǎo)向輪提供場所。所述矩形鋁合金剪切箱從上至下依次由第1層至第20層等厚度的矩形鋁合金框疊合成，每層厚度均為22. 5mm，第20層固定在底板上，每兩層之間均由安裝在剪切框長邊方向的槽內(nèi)且與長邊方向垂直的滾軸11連接，第2層至第20層每層均設(shè)六組滾軸。所述位移傳感器8在上面19層矩形鋁合金剪切框1均有安裝，每個位移傳感器8 的末端有IOmm露出于位移傳感器夾具14的一端，用于安裝傳感器8的螺栓13其頂部由軟塑制成，從而保證傳感器在安裝過程中不被損壞。所述導(dǎo)向輪7在導(dǎo)向柱4和頂板2處均有設(shè)置，導(dǎo)向柱中的導(dǎo)向輪在相應(yīng)于上面 19層鋁合金剪切框1的高度處均有安裝，方向與剪切片平行。所述橡皮膜6厚度為2. 5mm，在剪切箱四周內(nèi)層均有安裝，能夠保持剪切箱的水密性，橡皮膜6的上部四周通過螺栓和專用墊圈17固定在第一層矩形鋁合金剪切框1頂面， 下部通過螺栓和專用墊圈17固定在底板3上。具體試驗步驟1、如各圖所示，試驗前應(yīng)檢查各個裝置是否完好；2、將被試驗的土體放入剪切箱內(nèi)，制作模型，如圖2所示，制模前應(yīng)先利用側(cè)限框架由螺栓控制其相對位置，對各個剪切框進行定位，保證各矩形鋁合金剪切框的豎向在一個平面上；3、模型制作好后，根據(jù)試驗條件對模型進行相關(guān)操作，例如試樣飽和等；4、將模型置于離心機振動臺上，用固定螺栓將模型固定好，注意此時應(yīng)加入墊圈；5、將側(cè)限框架松開，撤銷其對矩形鋁合金剪切框運動的限制作用；6、檢查確認以后，開啟離心機振動臺，使剪切框受到振動而產(chǎn)生剪切，進行相關(guān)試驗。裝配模型箱時應(yīng)注意以下幾點1、水平滾軸11嵌于矩形鋁合金剪切框1中，以減小兩層之間的摩擦。如果有砂子進入滾軸，摩擦力將變得很大，這樣將不能有效地模擬土體的剪切剛度，因此，在安裝矩形鋁合金剪切框時要注意防止砂子進入；2、安裝橡皮膜6時應(yīng)先用專門的墊圈17和螺栓暫時安裝第一層矩形鋁合金剪切框1處的橡皮膜6，然后在剪切箱內(nèi)底板處用M6的不銹鋼螺栓和不銹鋼板固定橡皮膜6，此時，螺栓要擰緊以防止漏水，最后再擰緊第一層矩形鋁合金剪切框1處的螺栓；3、頂板2處的導(dǎo)輪7可以防止剪切框起跳，在安裝時應(yīng)當(dāng)按住導(dǎo)輪，保持其與矩形鋁合金剪切框的第1層接觸；4、導(dǎo)向柱15中的導(dǎo)輪7用以控制矩形鋁合金剪切框水平運動方向和減少矩形鋁合金剪切框的彎曲變形，應(yīng)當(dāng)能夠保矩形鋁合金持剪切框整齊，在安裝時，先在長邊方向的一側(cè)先安裝兩個夾具，用螺栓將其固定，再調(diào)整對側(cè)所有的導(dǎo)向輪7，然后安裝夾具所在一側(cè)的所有導(dǎo)向輪7，最后拆除夾具；5、位移傳感器8的安裝需要用專門的防松螺栓18，其與傳感器8接觸的一端是用軟塑料制成的。安裝時應(yīng)該適當(dāng)擰緊，擰得太緊將會損壞傳感器；[0046] 6、提升裝置應(yīng)當(dāng)安裝穩(wěn)固且方向正確，如果方向不正確，有可能損壞。
權(quán)利要求1.一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置，其特征在于底板(3)上設(shè)有排水系統(tǒng)(9)，排水系統(tǒng)(9)分別與底板四周的排水閥(13)連接；剪切箱從上至下依次由第1 層至第20層等厚度的矩形鋁合金剪切框(1)疊合而成，第20層固定在底板(3)上，每兩矩形鋁合金剪切框(1)的長邊間均經(jīng)多個與長邊垂直的滾軸相疊合連接，剪切箱兩側(cè)長邊方向均依次對稱設(shè)有固定在底板(3)和頂板(2)上的位移傳感器夾具(14)、兩個導(dǎo)向柱(15) 和靜力柱(16)，剪切箱兩側(cè)短邊方向的中間部位均對稱設(shè)有固定在底板(3)和頂板(2)上的側(cè)限框架柱(5);矩形鋁合金剪切框(1)上面的19層，每層均安裝了水平位移傳感器(8)， 每個位移傳感器(8)的一端固定在矩形鋁合金剪切框(1)兩側(cè)長邊方向上，另一端固定在位移傳感器夾具(14)上；每根導(dǎo)向柱(15)內(nèi)側(cè)和頂板(2)內(nèi)側(cè)均設(shè)有導(dǎo)向輪(7)，導(dǎo)向柱 (15)上的導(dǎo)向輪能與每個矩形鋁合金剪切框(1)長邊側(cè)面相接觸，頂板(2)上的導(dǎo)向輪(7) 與第一層矩形鋁合金剪切框(1)的長邊上面相接觸，剪切箱內(nèi)側(cè)四面均安裝有橡皮膜(6)， 橡皮膜(6)的上部四周固定在第一層矩形鋁合金剪切框(1)頂面，橡皮膜(6)的下部固定在底板(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置，其特征在于所述的底板(3)上的排水系統(tǒng)(9)，包括透水石(12)和排水閥(13)，透水石(12)均勻分布在剪切箱內(nèi)的底板(3)孔中，通過底板(3)內(nèi)的管路與底板(3)四周側(cè)面的排水閥(13) 連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置，其特征在于所述的底板(3)四角分別設(shè)有提升裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種用于超重力場振動臺試驗的層狀剪切箱裝置。本實用新型主體為20層等厚度的矩形鋁合金框疊合成的剪切箱，各層之間由滾軸聯(lián)接，上面19層均用螺栓安裝了水平位移傳感器，剪切框周圍設(shè)有剛性支護框，包含位移傳感器夾具、導(dǎo)向柱和靜力柱，導(dǎo)向柱和頂板處均設(shè)有框架導(dǎo)向輪，剪切箱內(nèi)側(cè)安裝有橡皮膜，在剪切箱的底板中設(shè)置排水系統(tǒng)且試驗中底板固定在振動臺上。本實用新型能夠通過有限尺寸的模型模擬半無限場地土體的行為，具有構(gòu)造簡單、安裝和應(yīng)用方便的特點。
文檔編號G01N3/02GK202083590SQ20112015229
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者凌道盛, 周燕國, 孔令剛, 梁甜, 蔣建群, 陳云敏, 黃錦舒 申請人:浙江大學(xué)