[发明专利]地震荷载下重力式锚碇稳定性研究的模型试验系统及方法

权利要求书

1.一种模拟地震荷载作用下重力式锚碇稳定性研究的模型试验系统，其特征在于：该系统包括：锚碇系统、荷载系统以及量测系统；

其中，所述锚碇系统由试验箱（6）、相似岩土层（5）、锚碇体（4）构成，分别用于模拟实际桥梁重力式锚碇结构、主缆绳以及其周围岩土层；

所述荷载系统包括静力荷载系统和动力荷载系统，静力荷载系统由砝码（11）、门式加载架（10）、滑轮（9）、钢绞线（8）构成，砝码（11）用于提供锚碇体（4）的自重应力以及主缆绳的拉应力，门式加载架（10）通过滑轮转向支点将锚拉力作用在锚碇结构上，相当于拉索桥的塔墩，两根钢绞线（8）相当于设置于大桥两侧的锚索；动力荷载系统由振动台（1）、木板、海绵（2）构成，振动台（1）用于模拟提供不同等级的地震荷载，木板用以承振动台（1）和试验箱（6），海绵（2）粘贴于试验箱内侧用以吸收边界反射地震波；

所述量测系统包括，精密测力计（7）、角度侧量器、微型压力盒（13）、激光测距仪、声波测振仪，精密测力计（7）串联在钢绞线（8）上用于直接测量主缆绳的拉应力，角度测量器用于测量缆绳斜拉角度，微型压力盒（13）预先埋置在锚碇体（4）的岩土层中于测定加载过程中岩土压力的变化，激光测距仪瞄准锚碇体边界用以测量锚碇体的位移和周边岩土体的位移，声波测振仪振动传感器（3）安装在锚碇体表面用以测量激震波的传播速度并与测振仪相连；

其中，门式加载架（10）安装在基座（12）上，钢绞线（8）绕过滑轮（9）后与砝码（11）连接；锚碇体（4）根据相似比参考锚锭原型在岩土层中的空间位置，确定其在相似岩土层中的空间位置进行开挖浇筑。

2.一种模拟地震荷载下重力式锚碇稳定性研究的模型试验方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

1）制作试验模型、布置监测系统：合理概括重力式锚碇结构与周围岩土体的相对空间关系，并考虑模型试验相似理论及其模型试验的实际可操作性，得出基本物理量的相似比尺，选取典型研究模型，并制作与锚碇区域地质条件相似的小比例尺锚碇区域试验模型，考虑现有试验条件的局限以及试验研究的目的，将试验模型简化三立体维模型，并最终以相似材料模拟周围岩体，以钢筋混凝土浇筑试块的形式模拟锚碇结构、以加载砝码模拟锚碇重力和主缆拉力进行研究；

2）加载试验模型、调试监测系统：加载过程分为两个部分：①试验试块初始应力状态加载，通过分析锚碇原型、桥梁主缆原型等，对试验模型初始荷载进行简化分析，然后根据模型试验相似理论对锚碇体的初始应力状态进行计算，并通过门式静力加载装置调整砝码的个数及揽绳斜拉的角度以施加初始重力和拉应力；②试验试块不同地震模拟荷载加载：在初始应力状态平衡后，通过振动台运行时与模型加载系统的相对位置变化，间接的对试验模型施加不同地震模拟荷载，来研究地震荷载下重力式锚碇的动力响应以及稳定性；

3）模型试验测试与数据记录：通过控制砝码个数以及振动台振动的等级大小进行加载测试，获取锚碇体在不同主缆拉力作用下、不同地震荷载作用下的稳定性变化规律，包括主缆拉力的变化、锚碇结构位移、岩土层的应力变化和变形特征。