[发明专利]一种考虑河谷差动效应的高坝抗震试验模拟装置

说明书

本发明公开了一种考虑河谷差动效应的高坝抗震试验模拟装置，包括低频门式反力墙，低频振动台，高频门式反力墙，高频振动台，土箱，反力低频作动器，反力高频作动器，低频振动台作动器和高频振动台作动器，本发明的低频振动台和高频振动台联合振动的试验方法，可为高坝地震动力响应模拟试验同时提供高频和低频地震波输入；门式反力墙结构可将弯矩作用有效转化为反力墙拉杆的拉力作用，其中的高频门式反力墙和低频门式反力墙可提供垂直河谷方向的高频和低频地震动的输入，同时还可模拟沿坝基交界面的不同位置的地震波相位和幅度的差异，更准确地模拟河谷差动效应，有效地弥补了以往地震模拟振动台设施的不足。

技术领域

本发明涉及土木、水利工程抗震模拟试验技术，特别涉及一种可实现高低频加载与地震动河谷差动效应的大型高坝振动台模拟实验装置。

背景技术

近年来，我国水电事业迅速发展，一大批坝高超过300m的高坝已经建成或相继开始建设。目前全球坝高排名前100名的大坝中，我国占20座，其中超过200m的有14座。地震作用下，大坝工程，尤其是高坝工程的抗震性能关系着大坝下游成千上万的居民的生命和财产安全。因此，地震作用下，高坝坝体和地基的地震动动力响应研究对于高坝工程安全有重要意义。振动台是进行地震工程模拟研究的最有效设施，将高坝坝体置于振动台上进行动力响应模拟实验，可对大坝的抗震设计与抗震性能分析进行验证与校核，为高坝工程设计和安全运行提供依据。

目前，高坝振动台模拟试验存在几个显著问题。首先，加载频率与几何尺寸及载重出现了较大矛盾。地震动可能影响到大坝的第十阶自振频率，若采用大型振动台模拟，则尺寸可放大，模拟精度提升，但高频无法加载；若采用小型振动台模拟，则可进行高频加载，但几何尺寸较小，模拟精度受限。其次，已有的研究成果和震害调查结果证明，河谷场地对地震动有重要的影响，当地震发生时，高坝工程沿坝基交界面的不同位置的地震动幅度和相位存在明显差异，从而造成严重的震害现象。宁夏海原8.5级地震、云南省通海与峨山间的7.7级地震、辽宁海城地震都在河谷场地出现了地震动异常现象，导致了严重震害。然而，现有的大型振动台很难同时满足上述模拟需求。

为此，本发明提出一种模拟装置，可满足大比尺条件下的高坝高频加载，同时可满足河谷差动效应的模拟。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可模拟大比尺模型试验的大型振动台试验装置，该装置可同时提供高频和低频地震动输入，也能实现河谷差动效应的模拟。

本发明所采用的技术方案是：一种考虑河谷差动效应的高坝抗震试验模拟装置，包括：

低频门式反力墙，所述低频门式反力墙设置在振动台基础上，位于所述低频门式反力墙内的所述振动台基础内开设有振动台安装空间；

低频振动台，所述低频振动台设置在所述振动台安装空间内；

高频门式反力墙，所述高频门式反力墙设置在所述低频振动台上；

高频振动台，所述高频振动台设置在所述低频振动台上，并位于所述高频门式反力墙内；

土箱，所述土箱置于所述高频振动台上，所述土箱内放置按比例缩小后的待测高坝的模拟坝体和模拟地基，所述模拟地基与所述土箱之间设置有用于模拟无限地基辐射阻尼效应的阻尼边界；

反力低频作动器，所述反力低频作动器固定在所述低频门式反力墙上，并直接作用于所述土箱；

反力高频作动器，所述反力高频作动器固定在所述高频门式反力墙上，并直接作用于所述土箱；

低频振动台作动器，所述低频振动台作动器固定在所述振动台安装空间的侧壁和底面，并直接作用于所述低频振动台；以及，

高频振动台作动器，所述高频振动台作动器固定在所述低频振动台上，并直接作用于所述高频振动台，同时，所述高频振动台和所述低频振动台之间通过所述高频振动台作动器连接。