[发明专利]一种模拟动静荷的试验方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程室内模型试验技术，尤其涉及一种模拟动静荷的试验方法及其装置。

背景技术

动、静荷载在地基变形和结构物稳定性分析中经常存在，例如：重力荷载、地震荷载、风荷载和爆炸对高层建筑的作用，动水压力对大坝的作用，海浪对海岸和海上采油平台的冲击，车辆对道路运营的影响等。土和结构物在动、静力荷载作用下其特性发生了很大的改变，因此对土与结构物在动、静力荷载作用下特性的研究是涉及岩土工程领域重要的工作。目前关于土与结构物对动、静态荷载响应特性方面的研究还不多。

按动荷载持时间及其与时间的关系可分为循环荷载(周期荷载)、冲击荷载与不规则荷载三种：循环荷载是指以同一振幅和周期往复循环作用的荷载(如一般波浪荷载及机械振动等)；冲击荷载是强度很大、持时很短的荷载；不规则荷载是随时间没有规律变化的荷载(如地震荷载)。试验研究中，基本上将不规则荷载按照循环荷载或冲击荷载来模拟。

动荷载作用下，土与结构的力学行为与静态下存在较大的差异。早期，欧洲采用加载率(或应力率)，美国采用应变率进行衡量；目前基本统一用应变率来反映土与结构动态力学行为的变化规律。近年来，为了得到土以及构筑物的动态力学参数，国内外研究者做了许多相关试验，但结果相差较大。造成这种差异的原因是多方面的，但最主要是采用的试验方法和使用的试验仪器不同所致。为此，应清楚地了解各种试验方法和仪器的试验原理及适用范围。

上世纪70年代出现的电液伺服试验机能够很好地进行脆性材料单轴和三轴试验，并且能够测定其轴向荷载、轴向变形、横向变形和体积变形等的全过程曲 线；常用的设备有美国MTS和英国INSTRON电液伺服试验系统等。研究者先后进行了动荷载下混凝土强度变形特性与动态受拉试验，以及采用大型静、动三轴电液伺服试验系统，对各种应力比下的三向拉、压和拉压联合作用的静动态试验，分析循环荷载下混凝土疲劳性能、冲击荷载下混凝土的动态性能及动态强度。

目前在场地地震反应分析、土工构筑物的地震稳定性评价、土-桩-结构体系的动力相互作用分析和近海场地地震稳定性评价中，长期以来人们从不同的角度和方法去认识并测定土的动力特性以及动力学参数；一般采用振动台、共振柱、动扭剪仪、动三轴仪、或循环单剪仪试验测定。共振柱试验的试验应变较小，可为地面动力反应分析提供小应变时的指标；动扭剪仪可模拟现场应力条件，是测定动力指标较为理想的仪器，然而该仪器结构复杂，操作困难，仅能做扰动土。动三轴试验可直接测定较大应变范围的阻尼比，试验时能够方便施加各种应力以适应工程实际，是室内试验中被最广泛使用的试验方法；循环单剪仪可以直接测定较大应变范围的阻尼比，能最直接地重现现场土层承受强震条件的情况。由于各种试验仪器设备、试验方法、数据处理方法等都不尽相同，国内规程、规范都有较大差别。

除了室内试验研究外，数值分析为土的动、静力特性研究提供了有效手段，运用大型有限元软件ANSYS、有限差分法FLAC^3D、离散元、边界元等方法对车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性进行了动力响应分析，系统研究动荷载振幅、频率以及工程因素对竖向排列地下硐室群稳定性的影响，以及荷载的动力学效应和路面结构的动、静荷载作用响应等。

基于目前动静荷载条件下岩土体与构筑物的动态响应监测的特点，研究适用于模拟多种动荷载条件下岩土体变形、应力的监测方法及其装置，对于工程设计优化、破坏机理分析、稳定性评价和预测具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术单纯依赖室内动三轴、振动台、共振柱等的缺点和不足，提供一种模拟动静荷的试验方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：

一、一种模拟动静荷的试验方法

本方法包括下列步骤：

①模型试验平台设有施加动静荷载的反力装置，为荷载的传递施加反力，其上安装荷载传递杠杆和模型试验箱；

②模型箱一侧为可拆卸的透明有机玻璃板，可直观察看箱内岩土体与结构物模型在荷载作用下的变化，其上安装的补水箱、水位管和泄水阀能实现模型箱内的水位变化；

③荷载传递杠杆通过反力装置与试验平台连接，设有杠杆自重平衡装置以平衡杠杆自重对试验的影响，荷载施加端的杠杆设有滑槽，可实现施加静载荷的连续调整；

④计算机通过控制功率放大器，输出预设的动荷载波形信号，控制电磁激振器，对激振梁施加振动荷载，使之对荷载传递杠杆产生向下的激振力，激振力和振幅可调节；