[发明专利]一种用于振动台刚性模型箱的水平地应力加载装置

说明书

本发明公开了一种用于振动台刚性模型箱的水平地应力加载装置，本装置包括刚性模型箱体，压力水箱，水管，两块带有数个与水管连接接头的内置侧板和计算机控制平台。在刚性模型箱放置两块内置侧板，分别平行紧贴模型箱左侧和右侧边界，内置侧板上均匀设置有数个与加载水管连接的接头；刚性模型箱左侧和右侧边界钢板上设置与内置侧板上接头数量和位置相同的洞口，且接头穿过该洞口通过水管与压力水箱相连；水管端头设置与侧板上接头相配套的连接构件，通过计算机控制平台控制水压实现对模型箱中的土层和隧道进行水平地应力的加载。采用水压进行水平应力的加载，保证在振动台试验时水平应力的持续加载与实时监测，同时该加载装置安全可靠，便于操作。

技术领域

本发明属于地下工程试验仪器技术领域，涉及一种用于振动台刚性模型箱的水平地应力加载装置。

背景技术

随着川藏铁路、公路的建设，对山岭隧道开展抗震、减震研究得到了广泛的关注，振动台试验是目前开展隧道抗震性能研究的最重要和最有效的手段之一。由于公路、铁路隧道埋深较深，隧道结构经常处于高地应力状态，在地震作用下，隧道结构在高地应力下与自重应力下呈现出不同的动力响应。但由于目前振动台条件的限制，很少能对振动台上的隧道进行真实地应力的模拟，这样得出的规律往往与实际情况不符。

在已有的模拟山岭隧道的振动台试验中，竖向应力的加载可以通过气囊或配重来实现，而对于水平应力则难以通过有效的方法施加，同时难以保证在振动台试验过程中施加的水平应力稳定，有效。

申请人为北京工业大学，中国专利申请号201210096526.5介绍了一种模拟围岩地应力的自加载装置。在该装置中利用千斤顶对模型箱进行水平地应力的加载。但该装置未考虑加载装置在地震动情况下，由于惯性效应导致加载装置与侧板位移的不一致以及土体的压缩性，极易造成千斤顶与加载板之间发生松动和脱离现象，造成千斤顶施加的水平应力损失或失效。同时该装置在试验过程中无法监测水平地应力的施加情况。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种价格低、可靠性高、易于操作、安全性高、可实时监测，适用于刚性模型箱振动台试验的水平应力加载装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于振动台刚性模型箱的水平地应力加载装置，包括刚性模型箱体(1)、压力水箱(6)、水管(4)、两块带有与水管连接接头(3)的内置侧板(2)和计算机控制平台(7)。刚性模型箱体(1)左侧和右侧边界钢板上设置与内置侧板(2)上接头(3)数量和位置相同的洞口，且洞口尺寸稍大于内置侧板(2)上连接水管(4)的接头，刚性模型箱(1)组装并固定在振动加载实验台上，将两块带有接头(3)的内置侧板(2)分别平行紧贴于模型箱左侧和右侧边界，并将内置板(2)上的接头(3)穿过模型箱左侧和右侧已开好的洞口，将水管(4)一端通过与接头的配套构件(5)与内置侧板(2)的接头密封连接，另一端与压力水箱(6)相连，待相似材料和隧道安装在模型箱后，利用计算机控制平台(7)对模型箱左侧和右侧进行水压加压，从而模拟水平地应力。

所述的带有接头(3)的内置侧板(2)长度稍小于刚性模型箱(1)左侧和右侧边界长度，保证在水压加载下，内置侧板(2)可以产生一定位移。

所述的内置侧板(2)上的接头(3)为螺纹接头，可与输水管密封连接。

所述的压力水箱(6)内设置有水压加载装置，水压加载装置与水管(4)相连，同时压力箱上设置有压力读数表，可以满足对试验过程中水平应力的实时监测。

本发明操作简单，组装方便，密封性好，可以根据现场不同的实际情况进行试验的灵活设计与模拟。利用水压对模型进行水平地应力的模拟，与前人研究相比，更加稳定，可靠，得出的隧道的动力响应更加符合实际情况。

本发明的有益效果如下：

本发明在试验过程中水管能跟随模型箱一起移动，保证水平地应力的稳定施加。