一種振動臺疊層剪切試驗土箱的頂部加載系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多層剪切土箱的頂部加載系統(tǒng)，涉及振動臺剪切試驗和剪切型模型土箱，特別是公開一種振動臺疊層剪切試驗多層剪切土箱的頂部加載系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于現(xiàn)有的剪切模型箱，多層剪切模型土箱被認(rèn)為是目前較為理想的能提供土體剪切變形條件的模型土箱，通常由若干各自獨立的剛制或鋁制的矩形或圓形的層狀框架拼裝而成。層狀框架間放置一定數(shù)量的滾動軸承，一方面限制豎向和側(cè)向運動，另一方面使得框架間可以在振動方向上相對滑動以模擬土的剪切變形。在振動過程中模型箱層與層之間存在相對運動，對土體有一個剪切作用。
[0003]其他類似的剪切箱如Whitman等提出了一種疊環(huán)式模型箱。該土箱由一組相互之間無摩擦的疊環(huán)組成，允許土樣沿水平方向發(fā)生剪切變形，最大限度地限制了邊壁處的反射波。模型土箱應(yīng)該盡可能輕，箱壁與土體之間有適當(dāng)?shù)哪Σ敛⑶以谡駝舆^程中不消耗能量。理想情況下，變形完全由土體控制，不受邊界影響。此后，層狀剪切土箱的研制和應(yīng)用得到了很大發(fā)展。Matsuda等研制了該模型土箱并最早完成了飽和砂土振動臺試驗研宄。Prasad設(shè)計了一個層狀剪切土箱，并進行了場地土地震變形特性的振動臺試驗研宄。伍小平等研制了鋼制矩形層狀剪切變形土箱，并進行了干砂自由場地振動臺試驗研宄；凌賢長等利用該土箱進行了自由場地基液化振動臺試驗研宄。蘇棟等研制了鋁環(huán)疊層剪切模型土箱，并進行了飽和砂土自由場地和飽和砂土層中單粧的離心機振動臺試驗研宄。Chen等研制了層狀模型土箱并開展地下波紋管道的振動臺試驗研宄。劉光磊研制了一種用于離心機振動臺實驗的高強鋁合金疊環(huán)式模型土箱，進行了地鐵地下結(jié)構(gòu)的離心機振動臺試驗研宄。史曉軍研制了可在相互垂直的兩個方向上滿足剪切變形的層狀模型土箱，并對地下綜合管廊進行了非一致激勵振動臺模型試驗研宄。剪切型模型土箱在振動方向能夠較好地模擬土體的邊界條件，能較真實地反映土體的剪切變形特征。
[0004]至于豎向加載的剪切模型箱而言，有一個共同特點就是頂部自由，這對于模擬具有自由上表面的土體或土一結(jié)構(gòu)相互作用是適宜的。
[0005]但當(dāng)需要測試埋置于一定深度的土體的抗剪強度時，若仍然僅采用現(xiàn)有自由頂面剪切箱，在動力荷載作用過程中，豎向應(yīng)力太小，尤其在淺層，豎向應(yīng)力幾乎為零。則土體在水平剪切荷載作用下，將會出現(xiàn)斜向破裂面，淺層土體發(fā)生向上拋射等破壞。淺層土體拋射后，對下部土體的重力作用減弱，進一步降低了深層土體的豎向應(yīng)力水平，使深部土體出現(xiàn)斜向破裂面。尤其當(dāng)動力荷載水平較高時，這種拋射破壞的影響深度會進一步增加。當(dāng)剪切箱中出現(xiàn)這些斜向破裂面時，土體的動力響應(yīng)機制與實際滑坡的滑面變形破壞模式就有較大的區(qū)別，勢必影響到動力加載影響下土體剪切強度的測試效果。
[0006]鑒于目前土工振動臺剪切試驗的不準(zhǔn)確性和復(fù)雜性，因其在測試埋置于一定深度的土體的抗剪強度時，土體因上部自由面導(dǎo)致土體出現(xiàn)斜向破裂面，為解決這個問題，需要模擬埋置于一定深度土體的上部受力環(huán)境，使實驗的破壞機理符合實際水平破壞的設(shè)計要求，從而提高土體強度測試可靠性，特提出一種采用彈簧板模擬上部荷載的試驗方法，特別是提出一種振動臺疊層剪切試驗多層剪切土箱的頂部加載系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種土工振動臺疊層剪切試驗多層剪切土箱的頂部加載系統(tǒng)。該頂部加載系統(tǒng)原理簡單，可操作性強，能夠模擬埋置一定深度的土體上部荷載，使實驗的破壞機理符合實際水平破壞的設(shè)計要求，從而提高土體強度測試可靠性。
[0008]本實用新型解決技術(shù)問題的具體技術(shù)方案是:
[0009]一種振動臺疊層剪切試驗土箱的頂部加載系統(tǒng)，由剪切模型箱和豎向加載機構(gòu)組成。豎向加載機構(gòu)具有:頂部鋼板I和底部鋼板2，頂部鋼板I與原剪切模型箱的上口外部同尺寸大??；底部鋼板2可沿原剪切模型箱內(nèi)壁上下滑動；九個中部彈簧5立于底部鋼板2上，在頂部鋼板I和底部鋼板2間構(gòu)成彈性夾層；頂部鋼板I的邊沿設(shè)置有可調(diào)節(jié)高度螺栓4，可調(diào)節(jié)長度螺栓通過設(shè)置在原剪切模型箱邊沿上的螺栓孔而使頂部鋼板I立于剪切模型箱3上，通過調(diào)節(jié)螺栓的高度調(diào)節(jié)中部彈簧5彈性變形，對下部土體施加需要的均布豎向荷載。
[0010]頂部鋼板為一塊和模型箱外壁尺寸大小相同、厚度為5mm鋼板，鋼板厚度不宜過大，避免大質(zhì)量的鋼板在振動時因為慣性過大而將可調(diào)節(jié)長度螺栓剪壞。在頂板鋼板表面用條形角鋼加焊橫縱交錯的加勁肋提高鋼板強度防止被下面彈簧的反力頂?shù)淖冃巍?br>[0011]中部彈簧全部按照一個規(guī)格統(tǒng)一訂做，然后在試驗前先行測出其彈性模量，方便計算施加不同大小的荷載時需要將其壓縮的壓縮量。
[0012]底部鋼板為一塊和模型箱內(nèi)壁尺寸大小大致相同但稍小3-5_、厚度為3_的鋼板，尺寸稍小于試驗箱內(nèi)壁尺寸方便安放和取出，同時在上表面按照九宮格的分布定好位置以點焊固定訂制的彈簧。
[0013]螺栓旋轉(zhuǎn)固定在剪切模型箱上已經(jīng)開好的四個螺栓孔徑中，這樣可以通過其將頂部鋼板和剪切模型箱連接起來，用通過螺栓向下擰的螺母向下固定頂部鋼板以壓縮彈簧來施加豎向荷載。精確控制可調(diào)整螺栓的長度，使中部彈簧產(chǎn)生需要的壓縮量，從而對底部鋼板產(chǎn)生壓縮，鋼板對下部土體產(chǎn)生均布的豎向荷載，達到頂部施加豎向荷載的目的，模擬出試驗土體的上部荷載。
[0014]土壓力盒6在實驗時埋入土體內(nèi)，土壓力盒為一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的土壓力盒，用于檢測反饋加載的均布荷載是否與試驗計劃加載的一致。
[0015]本實用新型的優(yōu)點
[0016]本實用新型用于土工振動臺疊層剪切試驗時模擬埋置于一定深度的土體上部荷載，與