本實(shí)用新型涉及一種用于土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的輔助裝置，具體涉及一種土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載裝置。

背景技術(shù)：

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可再現(xiàn)各種形式的地震波，用以模擬若干地震現(xiàn)象的初震、主震和余震全過程，可直觀地了解和認(rèn)識(shí)地震過程中試驗(yàn)對(duì)象的反應(yīng)特征和破壞現(xiàn)象。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究內(nèi)容已涉及地基與基礎(chǔ)的靜動(dòng)力響應(yīng)分析、建筑液化震陷、堤壩和邊坡的變形及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、土工構(gòu)筑物地震反應(yīng)等巖土工程的眾多研究領(lǐng)域，目前已成為土工抗震研究所采用的一種主要技術(shù)手段。

由于受到振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸和承載能力的限制，模型地基的土層厚度一般不超過2m。對(duì)于地基上存在建筑物或試驗(yàn)對(duì)象為深埋土體等具體的工況，若實(shí)際存在的上覆壓力在試驗(yàn)中不能得到相應(yīng)體現(xiàn)，將導(dǎo)致模型地基應(yīng)力狀態(tài)與原型地基的初始應(yīng)力狀態(tài)不符，因此在實(shí)際模擬過程中需要對(duì)模型地基施加一定的上覆壓力。已有的振動(dòng)臺(tái)上覆壓力加載方式如配重法和氣囊加載法存在不能準(zhǔn)確控制加載面姿態(tài)、不能保證荷載均勻并且豎直施加于地基表面的缺點(diǎn)，尤其在承載力較低的軟弱地層上覆壓力的模擬過程中，已有的上覆壓力加載裝置由于缺乏力傳遞導(dǎo)向裝置，試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)加載面傾斜、地層發(fā)生偏壓的現(xiàn)象，造成試驗(yàn)條件與實(shí)際工況不相符合的情形。因此，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中上覆壓力施加的準(zhǔn)確與否將直接影響振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的在于提供一種土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載裝置，用于實(shí)現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中土體上覆壓力的準(zhǔn)確施加，克服配重、氣囊加載等方式在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的偏壓或者加載不均現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模型土體與原型土體的應(yīng)力、變形條件相匹配。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載裝置，包括模型箱、反力框架、加載裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述加載裝置包括加載板、液壓缸、液壓缸上部管路和壓力總管路；液壓缸上部管路上設(shè)有電磁閥、穩(wěn)壓閥和分流閥，壓力總管路上設(shè)有穩(wěn)壓器；

所述數(shù)據(jù)采集裝置包括傾角傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、控制器和計(jì)算機(jī)；所述反力框架固定設(shè)置于模型箱上部，由井字相交的鍛件梁組成；

所述鍛件梁交匯處設(shè)置通孔，通孔內(nèi)固定設(shè)置液壓缸，每個(gè)液壓缸連接的上部管路上依次設(shè)置電磁閥、穩(wěn)壓閥和分流閥，后通過壓力總管路連接至穩(wěn)壓器和壓力源；

所述反力框架的下表面與加載板接觸，液壓缸穿過通孔固定于加載板上表面；

所述加載板下表面安裝傾角傳感器、壓力傳感器和位移傳感器；

所述計(jì)算機(jī)采集傳感器數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)分析，并通過控制器監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)，控制壓力加載的方向和大小。數(shù)據(jù)采集裝置中傾角傳感器和壓力傳感器安裝在加載板下部表面，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測加載板的姿態(tài)以及加載板施加給地基的壓力，并將加載板傾角值和加載板施加給地基的壓力傳輸給控制器和計(jì)算機(jī)；所述控制器同時(shí)用于接收加載板傾角值、加載板施加給模型土體的壓力值，并將傾角、壓力輸出給計(jì)算機(jī)，當(dāng)傾角值、壓力值與加載條件設(shè)定值不符時(shí)，控制器發(fā)出控制指令，進(jìn)而保證加載的方向以及施加壓力的大小的準(zhǔn)確性。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)機(jī)加卸載裝置還包括位置控制裝置，所述位置控制裝置包括比例閥和限位器；每個(gè)液壓缸連接的上部管路上依次設(shè)置比例閥、限位器、電磁閥、穩(wěn)壓閥和分流閥，后通過壓力總管路連接至穩(wěn)壓器和壓力源；位移傳感器和比例閥輸入端相連，比例閥采集位移傳感器信號(hào)并將信號(hào)傳輸至控制器，控制器接收比例閥采集的加載板位移值，通過電磁閥、比例閥和限位器調(diào)節(jié)液壓缸活塞的位置。采用位置控制裝置能夠在加載壓力前的調(diào)試過程中調(diào)節(jié)液壓缸活塞的位置；同時(shí)穩(wěn)壓閥和比例閥連接在壓力源通向液壓缸的管路上，并與控制器的輸出端相連，用以保證輸入液壓缸的壓力和行進(jìn)位移的穩(wěn)定性，起到保護(hù)液壓缸和精確控制液壓缸活塞行進(jìn)的作用。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鍛件梁交匯處設(shè)置為圓盤形，圓盤上設(shè)置圓形通孔，圓形通孔周圍設(shè)置螺栓盲孔；液壓缸活塞向下豎直安裝在反力框架預(yù)留通孔內(nèi)，液壓缸通過螺栓和通孔周圍的螺栓盲孔固定，液壓缸活塞下部的加壓頭與加載板的上表面通過銷釘以鉸接的方式連接；所述反力框架通過高強(qiáng)螺栓安裝在模型箱上部為液壓缸提供反力。本實(shí)用新型中的裝置可以采用各種通用手段進(jìn)行固定，以固定牢固為準(zhǔn)，本實(shí)用新型中優(yōu)選采用螺紋連接和螺絲螺母固定，可將裝置固定牢固，此外，液壓缸活塞下部的加壓頭與加載板的上表面通過銷釘以鉸接的方式連接，確保壓力加載過程中加載板和液壓缸穩(wěn)定不發(fā)生位移。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述將加載板由不同尺寸的分塊加載板組成，每個(gè)液壓缸活塞對(duì)分塊加載板單獨(dú)加載，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型土體不同區(qū)域施加不同的上覆荷載。本實(shí)用新型中液壓缸活塞設(shè)置于井字分布的反力框架鍛件梁交匯處，液壓缸活塞分布均勻，確保了上覆壓力的穩(wěn)定性，同時(shí)可根據(jù)試驗(yàn)需求，增加鍛件梁和液壓缸活塞的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模型土體多個(gè)不同區(qū)域不同上覆荷載的施加。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述液壓缸上部還設(shè)置排氣閥。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，壓力源和穩(wěn)壓器之間還設(shè)有自動(dòng)開關(guān)閥門，壓力源的接口依次通過自動(dòng)開關(guān)閥門、穩(wěn)壓器、分流閥、穩(wěn)壓閥連接至液壓缸，為液壓缸提供液壓。測試時(shí)，自動(dòng)開關(guān)閥門處于打開狀態(tài)，當(dāng)量測系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)可手動(dòng)關(guān)閉，保護(hù)加載系統(tǒng)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓力源采用連接振動(dòng)臺(tái)的液壓系統(tǒng)或外接電動(dòng)液壓泵。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述位移傳感器為LVDT高精度激光位移傳感器。選用激光位移傳感器可以快速、精確測定加荷板的位移，并且測量范圍廣，可以根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)整。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鍛件梁選用鋁鍛件梁。

本實(shí)用新型還提供了一種土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載裝置，具體包括如下步驟：

步驟1：在模型箱內(nèi)設(shè)置模型土體；

步驟2：將井字相交的鍛件梁作為反力框架，在鍛件梁交匯處設(shè)置通孔，固定液壓缸；加載板與液壓缸活塞的下部連接，在加載板下部與液壓缸活塞對(duì)應(yīng)位置與模型土體接觸的下表面安裝傾角傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，并使傳感器與加載板的下表面平齊；在液壓缸上部的管路上依次安裝比例閥、限位器、電磁閥、穩(wěn)壓閥和分流閥，并由壓力總管路連接至穩(wěn)壓器和自動(dòng)開關(guān)閥門通至壓力源，將傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制器和計(jì)算機(jī)相連組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最后將反力框架通過螺栓固定于模型箱的上部，安裝完畢后對(duì)加載裝置進(jìn)行調(diào)試；

步驟3：調(diào)整加載板與模型土體加載前的接觸；通過計(jì)算機(jī)將模型土體表面的傾斜或水平狀況換算為加載板下表面傾角傳感器和液壓缸的位移，控制器向液壓缸發(fā)出指令調(diào)整液壓缸的位移，加載板行進(jìn)與模型土體接觸，壓力傳感器達(dá)到控制器設(shè)置接觸閾值之后，電磁閥關(guān)閉，限位器啟動(dòng)，液壓缸活塞停止行進(jìn)位置鎖定；

步驟4：對(duì)模型箱內(nèi)模型土體施加上覆壓力；根據(jù)試驗(yàn)要求將上覆壓力輸入計(jì)算機(jī)，控制器發(fā)出指令，電磁閥開啟，液壓缸行進(jìn)，加載板下表面的壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋加載板施加給模型土體的上覆壓力，控制器在壓力傳感器測值達(dá)到設(shè)定值之后，控制器發(fā)出信號(hào)，加載停止。

本實(shí)用新型的方法與裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果如下：

（1）本實(shí)用新型土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載裝置的加載裝置可以適用于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過程中水平和傾斜地基上覆壓力的施加，能夠精確控制施加在地基土體表面上覆壓力的大小和方向，解決傳統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)水平地基上覆壓力加載過程中地基土的偏壓現(xiàn)象，為開展復(fù)雜地基上覆荷載條件下振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

（2）加載裝置可采用裝配式設(shè)計(jì)，可以適用不同尺寸的離心機(jī)模型箱，可以根據(jù)試驗(yàn)的需求，將加載板設(shè)置為由不同尺寸的分塊加載板組成，每個(gè)液壓活塞對(duì)分塊加載板單獨(dú)加載，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地基土體不同區(qū)域不同上覆荷載的施加；

（3）壓力源可以是振動(dòng)臺(tái)的液壓系統(tǒng)或者外接電動(dòng)液壓泵，能夠提供的壓力范圍可以根據(jù)具體試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整，適用范圍廣；

（4）能夠通過布置在加載板上部的液壓缸、比例閥、限位器、電磁閥等準(zhǔn)確控制加載板的加載速率、姿態(tài)和加載板的位置，可以確保在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過程中上覆壓力加載的方向按照試驗(yàn)設(shè)定準(zhǔn)確施加，使地基土表面每個(gè)點(diǎn)的受力和變形與試驗(yàn)邊界條件相同，保證加載的準(zhǔn)確性和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性；

（5）與控制器輸入端相連的傾角傳感器、位移傳感器和壓力傳感器可以采集和控制加載板的行進(jìn)值和傾角，進(jìn)而調(diào)整施加在地基上的壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型土體加載和卸載；

（6）加載板的傾斜角度可以按照具體試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜地基施加上覆壓力。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1加卸載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1中液壓缸在反力框架上表面的布置位置示意；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中液壓缸示意圖以及液壓缸管路上閥門位置示意圖；

圖中：1. 模型箱，2. 模型土體，3. 加載板，4. 反力框架，5. 液壓缸，51. 液壓缸活塞，52. 液壓缸活塞加壓頭，6. 計(jì)算，61. 傾角傳感器，62. 壓力傳感器，63. 位移傳感器,64. 控制器，7. 液壓缸上部管路，71. 比例閥，72. 限位器，73. 電磁閥，74. 穩(wěn)壓閥，75. 分流閥，8. 壓力總管路，81. 穩(wěn)壓器，82. 自動(dòng)開關(guān)閥門。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖說明對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖1-圖3所示的土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載裝置，包括模型箱1、反力框架4、加載裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；

所述加載裝置包括加載板3、液壓缸5、液壓缸上部管路7和壓力總管路8，液壓缸上部管路7上設(shè)有電磁閥73、穩(wěn)壓閥74和分流閥75，壓力總管路8上設(shè)有穩(wěn)壓器81；

所述數(shù)據(jù)采集裝置包括傾角傳感器61、壓力傳感器62、位移傳感器63、控制器64和計(jì)算機(jī)6；

所述反力框架4固定設(shè)置于模型箱1上部，由井字相交的鋁鍛件梁組成；所述鋁鍛件梁交匯處設(shè)置通孔，通孔內(nèi)固定設(shè)置液壓缸5，所述鍛件梁交匯處設(shè)置為圓盤形，圓盤上設(shè)置圓形通孔，圓形通孔周圍設(shè)置螺栓盲孔；液壓缸活塞51向下豎直安裝在反力框架4預(yù)留通孔內(nèi)，液壓缸5通過螺栓和通孔周圍的螺栓盲孔固定，液壓缸活塞51下部的加壓頭52與加載板3的上表面通過銷釘以鉸接的方式連接；所述反力框架4通過高強(qiáng)螺栓安裝在模型箱1上部為液壓缸5提供反力。液壓缸5上部設(shè)置排氣閥排氣，每個(gè)液壓缸5連接的上部管路7上依次設(shè)置電磁閥73、穩(wěn)壓閥74和分流閥75，后通過壓力總管路8連接至穩(wěn)壓器81、自動(dòng)開關(guān)閥門82和壓力源；

所述反力框架4的下表面與加載板3接觸，液壓缸5穿過通孔固定于加載板3上表面；

所述加載板4下表面安裝傾角傳感器61、壓力傳感器62和位移傳感器63；

所述計(jì)算機(jī)6采集傳感器數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)分析，并通過控制器64監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)，控制壓力加載的方向和大小。

其中，根據(jù)需求，加載板3可由不同尺寸的分塊加載板組成，每個(gè)液壓缸活塞51對(duì)分塊加載板單獨(dú)加載，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型土體不同區(qū)域施加不同的上覆荷載。壓力源可采用直接連接振動(dòng)臺(tái)的液壓系統(tǒng)或外接電動(dòng)液壓泵。

本實(shí)施例中，位移傳感器63選用LVDT高精度激光位移傳感器。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處僅在于，還包括位置控制裝置，所述位置控制裝置包括比例閥71和限位器72；位移傳感器63和比例閥71輸入端相連，比例閥71采集位移傳感器63信號(hào)并將信號(hào)傳輸至控制器64，控制器64通過電磁閥73、比例閥71和限位器72調(diào)節(jié)液壓缸活塞51的位置。

實(shí)施例3

本實(shí)施例具體說明本實(shí)用新型方法的實(shí)施方式。

本實(shí)用新型的土工振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加卸載方法具體包括如下步驟：

步驟1：在模型箱1內(nèi)設(shè)置模型土體2；

步驟2：將井字相交的鍛件梁作為反力框架4，在鍛件梁交匯處設(shè)置通孔，固定液壓缸5；加載板4與液壓缸活塞51的下部連接，在加載板3下部與液壓缸活塞51對(duì)應(yīng)位置與模型土體2接觸的下表面安裝傾角傳感器61壓力傳感器62和位移傳感器63，并使傳感器與加載板3的下表面平齊；在液壓缸上部的管路7上依次安裝比例閥71、限位器72、電磁閥73、穩(wěn)壓閥74和分流閥75，并由壓力總管路8連接至穩(wěn)壓器81和自動(dòng)開關(guān)閥門82通至壓力源，將傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制器64和計(jì)算機(jī)6相連組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最后將反力框架4通過螺栓固定于模型箱1的上部，安裝完畢后對(duì)加載裝置進(jìn)行調(diào)試；

步驟3：調(diào)整加載板3與模型土體2加載前的接觸；通過計(jì)算機(jī)將模型土體2表面的傾斜或水平狀況換算為加載板下表面傾角傳感器61和液壓缸5的位移，控制器64向液壓缸5發(fā)出指令調(diào)整液壓缸的位移，加載板3行進(jìn)與模型土體2接觸，壓力傳感器62達(dá)到控制器64設(shè)置接觸閾值之后，電磁閥73關(guān)閉，限位器72啟動(dòng)，液壓缸活塞51停止行進(jìn)位置鎖定；

步驟4：對(duì)模型箱1內(nèi)模型土體2施加上覆壓力；根據(jù)試驗(yàn)要求將上覆壓力輸入計(jì)算機(jī)6，控制器64發(fā)出指令，電磁閥73開啟，液壓缸5行進(jìn)，加載板3下表面的壓力傳感器62實(shí)時(shí)反饋加載板施加給模型土體2的上覆壓力，控制器64在壓力傳感器62測值達(dá)到設(shè)定值之后，發(fā)出信號(hào)，加載停止。