[发明专利]一种层状振动剪切土箱试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程试验用的层状剪切试验装置，特别是一种层状振动剪切土箱试验装置。

背景技术

进一步在地震震动作用下的无限域土壤场地的放大效应、土体动态特性和土与结构物相互作用研究，在岩土地震工程学方面有重大意义。为研究土壤特性，比如应力-应变关系和液化，在实验室中常使用三轴压缩仪、单剪装置和规律或不规律动荷载下扭转剪切试验对少量土样进行试验研究。在这些类型试验中，土壤基础中的应力和变形受边界条件的影响显著。另外由于试验加载装置和试样尺寸的局限性，致使试验中荷载情况与现场情况存在差异。

层状剪切箱试验一定程度上克服了上述试验的缺点，如可提供受控的试验环境、消除边界效应，另外可以较为经济地实现相关研究。通常，层状剪切箱是一个可置于振动台上的柔性容器，在模拟地震作用下可以层状剪切变形，可用于模拟地震时剪切波在有限厚度的土层的传播过程。

以往研究使用的装置存在的不足之处在于：（1）层状剪切箱不能很好地模拟震动情况下土体的反应特性；（2）为适应振动台基地剪力能力，致使剪切箱尺寸太小；（3）剪切箱的框架层与层之间的层间隙过大，不能很好模拟震动下土体的单剪试验；（4）剪切箱的震动试验必须依靠振动台，试验受限于振动台震动能力且试验成本太高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种层状振动剪切土箱试验装置，能够很好地模拟震动情况下土体的反应特性。

本发明所采用的技术方案是：

该层状振动剪切土箱试验装置，包括剪切土箱和支撑所述剪切土箱的振动装置，以及带动所述振动装置的驱动装置。

所述剪切土箱包括含有若干框架层的剪切土箱，所述框架层之间纵向由若干可锁紧和松开的滑块与直线导轨套件连接，保证既能进行低摩阻力灵活滑动，又可减少连接间隙，所述框架层之间横向由若干回弹板簧和半球柱铰组件连接，该剪切土箱底部置于底板上，剪切土箱内部布置有褶皱式橡胶膜，所述褶皱式橡胶膜的褶皱插入所述框架层之间以及框架层与所述底板的间隙内。

所述驱动装置的底板分别通过板簧，以及通过弹簧支撑在底梁上，底板上设有安装透水石的底板孔；所述底梁通过地锚拉杆固定在实验室地面上。

所述驱动装置包括设置在所述振动装置的工字型钢梁端面设置有电动伺服作动器和通过连接板连接的力传感器，所述电动伺服作动器通过电磁隔离垫与所述力传感器连接，所述电动伺服作动器通过作动器连接板安装在实验室反力墙上。

本发明的有益效果是：本发明剪切土箱的框架层统一模块化设计，可根据实验要求增加或减少层数，调整箱体高度；框架层与框架层之间内置导轨、滑块连接，保证既能进行低摩阻力灵活滑动，又可减少连接间隙，滑块可锁紧或松开；框架层与框架层横侧面由回复板簧和半球柱铰连接，既能减小框架层剪切位移时的阻力，又可提供框架层的回复力；剪切土箱内部设置褶皱式橡胶膜，框架层间由褶皱式橡胶膜的褶皱填充，从而使框架层连接位置均布置有延展性的密封材料，既能保证剪切箱装置的密封性，又能减少橡胶膜对框架层剪切位移运动的限制；底板孔布置有透水石，以便在试验中采取饱和或排水措施，可很好地对不同饱和度土样进行振动试验；通过安装在反力墙上的电动伺服作动器对剪切土箱装置框架层主体施加不同类型的水平力，可实现闭环控制，自动连续调节,能模拟不同类型水平震动下土体的剪切试验。

本发明可模拟地震时剪切波在有限厚度的土层的传播过程，不仅能够解决剪切箱振动试验必须依附振动台进行试验的局限性，并能最大限度的模拟土体的单剪试验过程，克服一般振动台的基底剪切力的局限，本装置稳定可靠，具有构造简单、造价经济、安装和应用方便的特点。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为图1的左视图；

图3为框架层俯视图；

图4为框架层间导轨与滑块连接局部视图；

图5为底板的俯视图。

图中：1、框架层，2、褶皱式橡胶膜，3、滑块，4、直线导轨，5、回弹板簧，6、半球柱铰，7、底板，8、方钢，9、工字型钢梁，10、板簧，11、底梁，12、弹簧，13、地锚拉杆，14、螺栓，15、底板孔，16、注水阀，17、角钢，18、连接板，19、力传感器，20、电磁隔离垫，21、电动伺服作动器，22、作动器连接板，23、反力墙。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施做进一步的详细描述：