CN109612839A - 一种土工模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程试验设备领域，具体的说是一种土工模型试验装置。包括土箱、振动模拟加载机构和地层位移模拟加载机构；土箱包括多个沿竖直方向分布的矩形框架，多个矩形框架的内腔相互贯通并共同组成用于盛放岩土的总腔；振动模拟加载机构包括分反力架、设置在反力架上并分别位于土箱两侧的两根升降梁、两端分别连接在两根升降梁上的平移轨道以及滑动设置在平移轨道上的激振器；地层位移模拟加载机构包括反力墙以及设置在反力墙上朝向土箱侧壁一侧的液压缸，液压缸沿水平方向分布，且液压缸的缸套端可拆卸连接在反力墙上。本发明可解决现有技术中土箱大而笨重，不能满足多工况模拟需要，不能灵活加载等问题。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程试验设备领域，具体的说是一种土工模型试验装置。
背景技术
在岩土工程领域，其结构都深埋于地下，由于复杂的地质状况可能会对结构产生的各种致命的危害，因此对结构进行模型试验研究非常有必要，模拟试验的分析结果不仅可以为结构的优化设计提供帮助，同时也可对施工过程中出现的各种复杂工况提前预演，从而实现对施工过程中可能出现的工程状况的提前预防。
现有的土工模型试验需要有专门的土箱以模拟原型场地，但是现有土箱结构简单，不能满足多种工况要求，而且如果土箱较大，则质量较大不便移动，若土箱较小，则不能很好的满足边界条件要求，且试验过程中不便实现全方位加载，不能实现对土箱中某一层岩土的加载。
发明内容
本发明旨在提供一种土工模型试验装置，以解决现有技术中土箱大而笨重，不能满足多工况模拟需要，不能灵活加载等问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种土工模型试验装置，包括用于盛放岩土及模型结构的土箱以及用于对土箱内模型结构进行模拟加载的振动模拟加载机构和地层位移模拟加载机构；土箱包括多个沿竖直方向分布的矩形框架，多个矩形框架的内腔相互贯通并共同组成用于盛放岩土的总腔，相邻两个矩形框架之间可拆卸连接，位于最下方的一个矩形框架的下端固定在底板上；振动模拟加载机构包括分反力架、设置在反力架上并分别位于土箱两侧的两根升降梁、两端分别连接在两根升降梁上的平移轨道以及滑动设置在平移轨道上的激振器；地层位移模拟加载机构包括反力墙以及设置在反力墙上朝向土箱侧壁一侧的液压缸，液压缸沿水平方向分布，且液压缸的缸套端可拆卸连接在反力墙上。
优选的，任意一个矩形框架均包括两块相互平行的第一侧板和两块相互平行的第二侧板，两块第一侧板和两块第二侧板通过第一螺栓可拆卸连接。
优选的，第一侧板的长度大于第二侧板，在第一侧板长度方向的两端分别固定设有沿第一侧板高度方向分布且垂直于第一侧板的第一法兰条，在第二侧板长度方向的两端分别固定设有沿第二侧板高度方向分布且平行于第二侧板的第二法兰条，在第一法兰条和第二法兰条上分别间隔开设有多个相互对应并用于与第一螺栓配合的螺栓孔。
优选的，任意相邻的两个矩形框架之间通过第二螺栓可拆卸连接，位于最下方的一个矩形框架通过第二螺栓可拆卸连接在底板上。
优选的，在第一侧板高度方向的两端分别固定设有沿第一侧板长度方向分布且垂直于第一侧板的第三法兰条，在第二侧板高度方向的两端分别固定设有沿第二侧板长度方向分布且垂直于第二侧板的第四法兰条，在第三法兰条和第四法兰条上分别间隔开设有多个用于与第二螺栓配合的螺栓孔。
优选的，反力架包括设置在土箱两侧的两个条形的底座，任意一个底座的两端均垂直固定有立柱，升降梁的两端分别通过第三螺栓可拆卸连接在位于土箱同侧的两根立柱顶端。
优选的，在升降梁的两端分别开设有一个用于与第三螺栓配合的螺栓孔，在立柱的顶端并沿立柱的高度方向间隔开设有多个用于与第三螺栓配合的螺栓孔。
优选的，平移轨道的两端分别通过第四螺栓可拆卸连接在两根升降梁上，在平移轨道的两端分别开设有一个用于与第四螺栓配合的螺栓孔，在升降梁上沿升降梁长度方向间隔开设有多个用于与第四螺栓配合的螺栓孔。
优选的，平移轨道的数量为两条，在两条平移轨道之间设有可沿两条平移轨道长度方向滑动的滑盖，激振器固定连接在滑盖的底部。
优选的，液压缸的缸套端通过第五螺栓可拆卸连接在反力墙上，在液压缸的缸套端上开设有用于与第五螺栓配合的螺栓孔，在反力墙上沿反力墙的高度方向间隔开设有多个用于与第五螺栓配合的螺栓孔。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明的土箱为组装式结构，可根据需要调整土箱大小，在装土及卸土过程中，可边安装边装土或边拆卸边卸土，方便使用，在不使用时也可拆开放置，不占用较大空间；
二、本发明的加载装置可以根据需要上下左右移动，方便加载，如在通过激振器进行模型桩试验过程中，可避免模型桩埋置位置与激振器位置不能对应的情况；
三、本发明不仅可以实现通过激振器对土箱中模型结构的加载，而且通过断开土箱中某一层矩形框架与其上下相邻矩形框架的连接，还可实现采用液压缸对该层地层的加载，从而模拟场地位移对模型结构的影响。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为图1中土箱和振动模拟加载机构部分的俯视结构示意图；
图3为本发明中激振器与平移轨道的配合安装示意图；
图4为本发明的土箱的主视结构示意图；
图5为图4的左视图；
图6为本发明中矩形框架部分其中一个角位置的俯视结构示意图；
图中标记：1、土箱，101、第一螺栓，102、第一侧板，103、第三法兰条，104、第二螺栓，105、第一筋板，106、第二侧板，107、第四法兰条，108、第二筋板，109、第一法兰条，110、第二法兰条，111、底板，2、振动模拟加载机构，201、反力架，201-1、底座，201-2、立柱，202、升降梁，203、平移轨道，204、滑盖，205、激振器，206、第三螺栓，207、第四螺栓，3、地层位移模拟加载机构，301、液压缸，302、第五螺栓，303、反力墙。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明的一种土工模型试验装置，包括用于盛放岩土和模型结构的土箱1以及用于对土箱1内模型结构进行模拟加载的振动模拟加载机构2和地层位移模拟加载机构3，用于进行模型结构的振动加载模拟以及土体地层加载模拟。
土箱1包括多个规格相同的矩形框架，多个矩形框架以相同的中心线沿竖直方向逐层码垛并连接，以使所有的矩形框架的内腔相互贯通并共同组成用于盛放岩土的总腔。本发明中土箱1的位于最下方的一个矩形框架的下端固定在底板111上，底板111水平放置于地面上，任意相邻两个矩形框架之间可拆卸连接，通过断开某一层矩形框架与其上下相邻的矩形框架的连接，再配合地层位移模拟加载机构3即可实现通过对该层土层的加载模拟场地位移对结构的影响。
本实施例中的任意一个矩形框架均包括两块相互平行的第一侧板102和两块相互平行的第二侧板106，通过两块第一侧板102和两块第二侧板106合围成矩形框架，第一侧板102的长度大于第二侧板106，在第一侧板102相背于矩形框架中心的一侧设有纵横交错的第一筋板105，在第二侧板106相背于矩形框架中心的一侧设有纵横交错的第二筋板108，以保证单个矩形框架和整体土箱1的侧向刚度。
单个矩形框架中，两块第一侧板102和两块第二侧板106的相交处通过第一螺栓101固定连接，以使本发明的土箱1可根据需要调整大小，在装土及卸土过程中，可边安装边装土或边拆卸边卸土，方便使用，在不使用时也可拆开放置，不占用较大空间。具体的的连接方式为：在第一侧板102长度方向的两端分别固定设有沿第一侧板102高度方向分布且垂直于第一侧板102的第一法兰条109，在第二侧板106长度方向的两端分别固定设有沿第二侧板106高度方向分布且平行于第二侧板106的第二法兰条110，本实施例中的第二法兰条110为角钢，在第一法兰条109和第二法兰条110上分别间隔开设有多个相互对应并用于与第一螺栓101配合的螺栓孔。
任意相邻的两个矩形框架通第二螺栓104可拆卸固定连接，除了便于拆装以及便于放置外，还可将其中一个矩形框架与上下相邻的矩形框架之间的第二螺栓104卸下，再借助地层位移模拟加载机构3对该矩形框架内对应的单独土层进行地层位移模拟试验。位于最下方的一个矩形框架同样通过第二螺栓104可拆卸连接在底板111上，底板111水平固定在平整的底面上，具体的连接方式为：在第一侧板102高度方向的两端分别固定设有沿第一侧板102长度方向分布且垂直于第一侧板102的第三法兰条103，在第二侧板106高度方向的两端分别固定设有沿第二侧板106长度方向分布且垂直于第二侧板106的第四法兰条107，在第三法兰条103和第四法兰条107上分别间隔开设有多个用于与第二螺栓104配合的螺栓孔。其中的第三法兰条103、第四法兰条107以及上述的第一法兰条109以及第二法兰条110均设置在各自对应侧板相背于矩形框架中心的一侧。
在本发明的其他实施方式中，也可将通过第一法兰条109将两块或更多的第一侧板102拼接成一块侧板，通过第二法兰条110将两块或更多的第二侧板106拼接成另一块侧板，以组装成容积更大的矩形框架和土箱1，可根据实际试验情况进行灵活调整。
本发明的振动模拟加载机构2用于对埋设在岩土中的模型结构或构件（如模型桩等）进行振动模拟加载，其包括分反力架201、设置在反力架201上并分别位于土箱1两侧的两根升降梁202、两端分别连接在两根升降梁202上的平移轨道203以及滑动设置在平移轨道203上的激振器205。两根升降梁202可沿竖直方向调整在反力架201上的设置高度，平移滑轨可沿水平方向调整在两根升降梁202上的水平位置，配合激振器205在水平轨道上的水平滑动，可使激振器205的可调整位置覆盖整改土箱1上端，进而对埋设在土箱1岩土中任何位置的模型结构或构件进行振动加载。
本实施例中的反力架201包括设置在土箱1两侧的两个条形的底座201-1，任意一个底座201-1的两端均垂直固定有立柱201-2，在底座201-1和立柱201-2之间设置有斜撑以增加反力架201的强度和稳定性。升降梁202的两端分别通过第三螺栓206可拆卸连接在位于土箱1同侧的两根立柱201-2顶端。在升降梁202的两端分别开设有一个用于与第三螺栓206配合的螺栓孔，在立柱201-2的顶端并沿立柱201-2的高度方向间隔开设有多个用于与第三螺栓206配合的螺栓孔。
平移轨道203的两端分别通过第四螺栓207可拆卸连接在两根升降梁202上，在平移轨道203的两端分别开设有一个用于与第四螺栓207配合的螺栓孔，在升降梁202上沿升降梁202长度方向间隔开设有多个用于与第四螺栓207配合的螺栓孔。平移轨道203的数量为两条，在两条平移轨道203之间设有可沿两条平移轨道203长度方向滑动的滑盖204，激振器205固定连接在滑盖204的底部。本实施例中的两条平移轨道203均为倒T形，在滑盖204两侧的底部分别开设有形状与平移轨道203对应的滑槽，以避免滑盖204从平移轨道203上滑落。
本发明的地层位移模拟加载机构3主要对模型试验中某一土层进行加载，以模拟场地位移对结构造成的影响。地层位移模拟加载机构3包括反力墙303以及设置在反力墙303上朝向土箱1侧壁一侧的液压缸301，液压缸301沿水平方向分布，且液压缸301的缸套端可拆卸连接在反力墙303上。在地层位移模拟试验中，为了使液压缸301的高度可根据不同高度的试验土层进行调整，本发明的液压缸301的缸套端通过第五螺栓302可拆卸连接在反力墙303上，在液压缸301的缸套端上开设有用于与第五螺栓302配合的螺栓孔，在反力墙303上沿反力墙303的高度方向间隔开设有多个用于与第五螺栓302配合的螺栓孔。
Claims (10)
1.一种土工模型试验装置，其特征在于：包括用于盛放岩土及模型结构的土箱（1）以及用于对土箱（1）内模型结构进行模拟加载的振动模拟加载机构（2）和地层位移模拟加载机构（3）；土箱（1）包括多个沿竖直方向分布的矩形框架，多个矩形框架的内腔相互贯通并共同组成用于盛放岩土的总腔，相邻两个矩形框架之间可拆卸连接，位于最下方的一个矩形框架的下端固定在底板（111）上；振动模拟加载机构（2）包括分反力架（201）、设置在反力架（201）上并分别位于土箱（1）两侧的两根升降梁（202）、两端分别连接在两根升降梁（202）上的平移轨道（203）以及滑动设置在平移轨道（203）上的激振器（205）；地层位移模拟加载机构（3）包括反力墙（303）以及设置在反力墙（303）上朝向土箱（1）侧壁一侧的液压缸（301），液压缸（301）沿水平方向分布，且液压缸（301）的缸套端可拆卸连接在反力墙（303）上。
2.根据权利要求1所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：任意一个矩形框架均包括两块相互平行的第一侧板（102）和两块相互平行的第二侧板（106），两块第一侧板（102）和两块第二侧板（106）通过第一螺栓（101）可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：第一侧板（102）的长度大于第二侧板（106），在第一侧板（102）长度方向的两端分别固定设有沿第一侧板（102）高度方向分布且垂直于第一侧板（102）的第一法兰条（109），在第二侧板（106）长度方向的两端分别固定设有沿第二侧板（106）高度方向分布且平行于第二侧板（106）的第二法兰条（110），在第一法兰条（109）和第二法兰条（110）上分别间隔开设有多个相互对应并用于与第一螺栓（101）配合的螺栓孔。
4.根据权利要求2所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：任意相邻的两个矩形框架之间通过第二螺栓（104）可拆卸连接，位于最下方的一个矩形框架通过第二螺栓（104）可拆卸连接在底板（111）上。
5.根据权利要求4所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：在第一侧板（102）高度方向的两端分别固定设有沿第一侧板（102）长度方向分布且垂直于第一侧板（102）的第三法兰条（103），在第二侧板（106）高度方向的两端分别固定设有沿第二侧板（106）长度方向分布且垂直于第二侧板（106）的第四法兰条（107），在第三法兰条（103）和第四法兰条（107）上分别间隔开设有多个用于与第二螺栓（104）配合的螺栓孔。
6.根据权利要求1所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：反力架（201）包括设置在土箱（1）两侧的两个条形的底座（201-1），任意一个底座（201-1）的两端均垂直固定有立柱（201-2），升降梁（202）的两端分别通过第三螺栓（206）可拆卸连接在位于土箱（1）同侧的两根立柱（201-2）顶端。
7.根据权利要求6所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：在升降梁（202）的两端分别开设有一个用于与第三螺栓（206）配合的螺栓孔，在立柱（201-2）的顶端并沿立柱（201-2）的高度方向间隔开设有多个用于与第三螺栓（206）配合的螺栓孔。
8.根据权利要求1所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：平移轨道（203）的两端分别通过第四螺栓（207）可拆卸连接在两根升降梁（202）上，在平移轨道（203）的两端分别开设有一个用于与第四螺栓（207）配合的螺栓孔，在升降梁（202）上沿升降梁（202）长度方向间隔开设有多个用于与第四螺栓（207）配合的螺栓孔。
9.根据权利要求8所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：平移轨道（203）的数量为两条，在两条平移轨道（203）之间设有可沿两条平移轨道（203）长度方向滑动的滑盖（204），激振器（205）固定连接在滑盖（204）的底部。
10.根据权利要求1所述的一种土工模型试验装置，其特征在于：液压缸（301）的缸套端通过第五螺栓（302）可拆卸连接在反力墙（303）上，在液压缸（301）的缸套端上开设有用于与第五螺栓（302）配合的螺栓孔，在反力墙（303）上沿反力墙（303）的高度方向间隔开设有多个用于与第五螺栓（302）配合的螺栓孔。
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