[发明专利]一种超重力场振动台试验土箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程试验用的土箱，尤其是涉及了一种超重力场振动台试验土箱。

背景技术

在实际情况下，地基土体可视为半无限空间场地，但在超重力场振动台模型试验中，只能用有限尺寸的土箱来装模型土体，土箱的存在相当于给土体人为设置了边界。因此，模型试验中的土箱必须要满足一定的条件才能更好地模拟场地原型：端部边界应可视为剪切梁，应在试验中与内部土体的变形保持一致性，减小因端部边界和土体间的相互作用所激发的压缩波；端部边界应与土体有相同的粗糙度，以在土体边界上提供竖向的剪切应力，防止倾覆力矩的产生，避免造成土体内部应力相对于原型的重分布；箱体在离心加速和振动中应无侧向应变，以满足土体静止土压力状态，避免因土体侧向膨胀所引起的土体沉降和体积变形。

现阶段振动试验土箱主要有刚性箱，圆筒形柔性箱，层状剪切箱。

刚性箱是由钢板或有机玻璃制成的刚性容器，因其刚性较大，对振动波的反射也很明显，为了吸收抵达侧边界的能量，刚性箱往往在箱内壁上贴柔性材料。然而，在离心机试验中的高应力状态下，柔性材料的摩擦力和刚度等性质难以确定；柔性材料在振动试验中将不可避免地会产生侧向变形，土体将无法满足静止土压力状态。

圆筒型柔性容器由一柔性材料制成，形状类似圆筒状，其下端固定在钢板上，上端由钢圆环固定，柔性材料外包纤维带或钢丝提供径向刚度。然而，柔性箱无法对容器的边界刚度直接控制，外包纤维带间的土体振动时易向外膨胀，造成应变集中，导致约束压力的释放；柔性箱内表面光滑，无法提供边界上竖向的剪切应力；较大的高宽比例会造成试验条件更接近于三维边界。

层状剪切箱一般为若干层矩形平面钢框架由下到上叠合并在层间放置轴承制成，矩形平面钢框架间可以相对滑动以模拟土剪切变形。层状剪切箱相比以上两种土箱，对土的剪切变形几乎没有约束，减少了边界对波的反射。又因采用了刚性框架，对土体有较好的侧向约束力，限制了土体的侧向变形。但现阶段研究使用的层状剪切箱仍存在下列不足之处：(1)层状剪切箱在层间存在相对错动，无法提供土体边界上连续的位移，将引起土体边界上的局部应力应变集中；(2)剪切箱的框架层与层之间直接通过滚轴相互叠合，下部层间如果滑动和对准出现问题，也将直接影响上部框架层的运动；(3)箱体内壁光滑，无法提供边界上竖向的剪切应力，将不可避免地引起土体内部应力相对于原型的重分布。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种超重力场振动台试验土箱，箱体在边界上的层与层之间不存在相对错动，边界位移连续，下部层间的滑动和对准问题不会直接影响上部层的运动，箱体内壁不光滑可提供竖向的剪切应力，以克服上述现有土箱的不足。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括底板、侧板、侧部框和端部框构成，两块侧板对称地竖直固定在分别底板左、右两侧上，底板左、右两侧的侧板中安装有多层侧部条，多层侧部条上下布置并沿底板前后方向活动形成侧部框，底板的前后两侧上外侧安装有多层端部条，多层端部条上下相活动连接形成端部框，侧板的顶部之间连接连接杆，端部框的内表面延伸到底板的底面均设有金属片。

所述两块侧板相对称的内侧面均设有沿底板前后方向平行的多道条形槽，每个条形槽中安装有侧部条，侧部条中部内中空，侧部条中部内设有条形通道，侧部条中部的上下侧部与条形槽之间通过导轨滚珠结构连接，使得侧部条在条形槽沿底板前后方向的移动。

所述的端部条中部中空设有条形通道，条形通道内装有一根金属杆，金属杆两端穿过条形通道后固定连接到侧部条上。

所述的端部条上部顶面设有条形凹槽，下部底面设有与条形凹槽配合嵌入的凸条，通过任一端部条凸条嵌入到相邻下方端部条条形凹槽中，各个端部条依次连接，最下面的端部条凸条嵌入到底板上开有的条形凹槽中。

所述的侧部条和端部条的层数相同，每层的侧部条和端部条高度相同。

所述的金属片可饶曲，不可压缩和延展。

所述的金属片的内侧面为粗糙面，其粗糙度与被测土体内部的粗糙度相同，金属片和土箱端部框之间涂抹有润滑油。

所述的侧板外表面设有多个用于减小质量的矩形凹槽。

本发明具有的有益效果是：

(1)侧部条和端部条为空心结构，从而减轻了整个箱子的质量，能够最小化土箱质量对土体产生的侧向惯性力。

(2)土箱具有足够的刚度，且上部设有连接杆，箱体不易发生侧向鼓张变形，使得模型土体能够满足零侧向变形的条件。