[发明专利]模拟桥梁沉井基础地震动力特性试验系统及方法

说明书

本发明提供一种模拟桥梁沉井基础地震动力特性试验系统及方法，试验系统包括沉井基础系统、荷载系统以及量测系统；所述沉井基础系统用于模拟周围岩土层和实际桥梁沉井基础；所述荷载系统包括静力荷载系统和动力荷载系统；所述静力荷载系统用于模拟所述沉井基础受到的上部压力；所述动力荷载系统锤击所述试验箱，用于模拟不同等级的地震荷载。本发明提出的技术方案的有益效果是：其试验过程便于操作，既可实现控制单一变量原则，解决模拟地震振动波动力荷载加载操作性难的问题，又能够客观直接的反映出地震荷载作用下沉井基础及其周围岩土体的稳定性变化规律，为桥梁沉井基础的安全稳定性评价提供依据。

技术领域

本发明涉及桥梁技术以及地质灾害控制技术领域，尤其涉及一种模拟桥梁沉井基础地震动力特性试验系统及方法。

背景技术

桥梁沉井基础是一个井筒状的结构物，它是从井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后采用混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础。地震作为工程建设中常见的地质灾害，其产生的动力效应会对桥梁沉井基础及其周边岩土体产生不良影响，从而影响桥梁整体的稳定性。其中，沉井基础主要作用是将桥墩传递过来的重力荷载传递到相邻岩土层中去，通过产生的侧摩擦阻力和基础底部岩土体产生的反作用力来保证沉井基础及桥梁结构稳定，因此决定锚碇结构安全与稳定性的关键因素是相邻岩土层能否提供足够的抗力以限制结构位移。地震产生的地震波在基础周围的岩土体和浇筑的基础中传播时，其振动作用会使介质产生动力响应，使基础周围的岩土体发生不同程度的破裂变形和应力变化，使桥梁沉井基础发生位移变形和失稳，从而破坏桥梁体系的静力平衡，对桥梁主体的安全性产生威胁。

目前关于沉井施工技术的研究较多，但对于桥梁沉井基础稳定性研究多采用数值模拟技术。数值模拟技术虽然可以更直观地获得锚碇和周围岩土体的动力响应特征，但其计算结果的正确性、可靠性难以保证。因此找到模拟地震荷载下沉井基础稳定性的模型试验方法及系统不仅能为数值模拟的研究成果提供科学的参考及验证，所获得的数据又可用于指导实际施工中振动危害的控制，实现研究结果的定性与定量相结合的分析，因而具有重要的理论和实践意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种模拟桥梁沉井基础地震动力特性试验系统，其试验过程便于操作，既可实现控制单一变量原则，解决模拟地震振动波动力荷载加载操作性难的问题，又能够客观直接的反映出地震荷载作用下锚碇及其周围岩土体的稳定性变化规律，为锚碇式桥梁运营阶段的安全稳定性评价提供依据。

本发明的实施例提供一种模拟桥梁沉井基础地震动力特性试验系统，包括沉井基础系统、荷载系统以及量测系统；

所述沉井基础系统包括试验箱、相似岩土层、沉井箱室以及沉井基础，所述试验箱至少一侧的材质为玻璃，且具有开口向上的内腔，所述相似岩土体填充于所述内腔内，用于模拟周围岩土层，所述沉井箱室具有开口向上的内腔，且固定于所述相似岩土体上，所述沉井基础填充于所述沉井箱室的内腔内，用于模拟实际桥梁沉井基础；

所述荷载系统包括静力荷载系统和动力荷载系统；所述静力荷载系统设于所述沉井基础上，用于模拟所述沉井基础受到的上部压力；所述动力荷载系统包括伺服电机、摆锤以及泡沫，所述摆锤上端安装于所述伺服电机的旋转轴上，所述摆锤下端与所述试验箱相对，所述伺服电机驱动所述摆锤下端来回摆动并锤击所述试验箱，用于模拟不同等级的地震荷载，所述泡沫固定于所述试验箱内侧壁，用以吸收边界反射的地震波。

所述量测系统包括全站仪、高速摄像机、微型加速度计、爆破振动测速仪传感器以及微型压力传感器；所述全站仪设于所述试验箱一侧，用于监测所述相似岩土体的位移量，所述高速摄像机设于所述试验箱为玻璃的一侧，用于监测所述相似岩土体的图像，所述微型加速度计设于所述沉井箱室及沉井基础之间，用于测定所述沉井基础的加速度，所述爆破振动测速仪传感器设于所述相似岩土体中，用于测量地震震动速度，所述微型压力传感器设于所述相似岩土体中，用于测定加载过程中岩土体受到的压力。