一種用于研究剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響的模型箱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)工程研宄領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響的模型箱。
【背景技術(shù)】
[0002]砂土液化是建筑震害中的一種常見現(xiàn)象，可導(dǎo)致地基喪失承載能力，從而對建筑物造成嚴重的危害。剪切應(yīng)變歷史是影響砂土液化的一個很重要因素，在材料、圍壓、密度、荷載等其他條件完全相同的情況下，剪切應(yīng)變歷史會對砂土的液化抵抗能力產(chǎn)生顯著的影響，并且這種影響與剪切應(yīng)變的大小緊密相關(guān)。研宄表明，小應(yīng)變的剪切加載歷史會使砂土的液化抵抗能力增強，而大應(yīng)變的剪切加載歷史則趨向于降低砂土的液化抵抗能力。另外，剪切應(yīng)變歷史對砂土液化時超孔隙水壓的影響具有方向性，即具有剪切歷史的砂土試樣在三軸循環(huán)剪切試驗中在拉伸和壓縮兩個方向上的超孔隙水壓的發(fā)展速度不同。在與先期剪切應(yīng)變相反的剪切方向上超孔隙水壓的發(fā)展速度將加快，而相同方向上超孔隙水壓的發(fā)展則減緩。
[0003]目前，少量學(xué)者通過振動臺模型試驗研宄了剪切歷史對砂土液化特性的影響。試驗結(jié)果表明，模型地基在承受振動荷載作用下產(chǎn)生了剪切變形以后，當(dāng)再次振動時，模型地基將承受更多的振動次數(shù)才發(fā)生液化，說明振動加載產(chǎn)生的剪切歷史可以增大砂土的液化抵抗能力。然而，通過加振的方式無法定量地設(shè)定預(yù)剪切應(yīng)變的數(shù)值，并不能定量地分析剪切歷史對砂土液化特性的影響。這是因為由振動臺施加的振動荷載與模型地基產(chǎn)生的剪切應(yīng)變之間并沒有直接的對應(yīng)關(guān)系。對于同一種輸入波，不同的模型試樣可能產(chǎn)生不同剪切應(yīng)變，而且同一個模型試樣內(nèi)部的不同位置，產(chǎn)生的剪切應(yīng)變也不相同。
[0004]中國專利CN202351181U公開了一種小型振動臺可視化細觀結(jié)構(gòu)動態(tài)測量系統(tǒng)，包括電機、偏心輪、振動臺底座、模型箱、高清數(shù)碼相機、高速細觀攝像機和輔助光源，電機設(shè)有主動皮帶輪，偏心輪設(shè)有被動皮帶輪，主動皮帶輪和被動皮帶輪之間由皮帶連接；偏心輪通過連桿與振動臺底座相連，振動臺底座下方設(shè)有個帶凹槽的輪子，輪子與底部的凸形導(dǎo)軌點接觸；模型箱置于振動臺底座之上，模型箱的前后兩面采用透明有機玻璃，一面設(shè)有透過該面透明有機玻璃對砂土進行觀測的高速細觀攝像機和輔助光源，另一面設(shè)有透過該另一面透明有機玻璃對砂土進行觀測的高清數(shù)碼相機。該專利中模型箱采用前后兩面固定的透明有機玻璃，因此僅通過加振的方式無法定量地設(shè)定預(yù)剪切應(yīng)變的數(shù)值，并不能定量地分析剪切歷史對砂土液化特性的影響。
[0005]中國專利CN102024370A公開了一種砂土液化流動的模型試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電動機、減速器、曲柄滑塊機構(gòu)、底座、螺桿支架、內(nèi)接箱、模型箱、孔壓傳感器、內(nèi)接箱擋板、測力擋板、數(shù)碼相機、動態(tài)應(yīng)變采集儀及計算機，電動機與減速器連接，曲柄滑塊機構(gòu)與減速器及底座連接，螺桿支架設(shè)在底座上，內(nèi)接箱架設(shè)在螺桿支架上，模型箱與內(nèi)接箱連接，孔壓傳感器設(shè)在內(nèi)接箱內(nèi)，內(nèi)接箱擋板設(shè)在內(nèi)接箱與模型箱之間，測力擋板設(shè)在模型箱后部，數(shù)碼相機設(shè)在底座的一側(cè)，動態(tài)應(yīng)變采集儀的連接數(shù)碼相機及計算機。該專利在內(nèi)接箱中設(shè)置內(nèi)接箱擋板，從而實現(xiàn)砂土液化流動的模型試驗，并不能用于研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響的模型箱，能夠精確控制剪切應(yīng)變值大小，實現(xiàn)定量地研宄飽和砂土在剪切應(yīng)變歷史影響下的液化特性，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、提高試驗結(jié)果可靠性等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種用于研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響的模型箱包括箱體和設(shè)于箱體內(nèi)的兩塊活動擋板，所述活動擋板設(shè)有與箱體底板鉸接的固定端和與箱體側(cè)壁轉(zhuǎn)動連接轉(zhuǎn)動端，活動擋板與箱體之間的空間由軟質(zhì)海綿填充，所述箱體設(shè)于連接加振裝置的振動臺底座上，所述振動臺底座設(shè)于加載基座上，所述加載基座的一端底部設(shè)有螺桿伸縮機構(gòu)；
[0009]模型箱內(nèi)注入水，兩塊活動擋板之間填充砂土，螺桿伸縮機構(gòu)支起加載基座的一端，進而使振動臺底座上的箱體傾斜，利用重力在傾斜方向上的分力對砂土施加預(yù)剪荷載，模擬砂土的剪切應(yīng)變歷史。
[0010]所述螺桿伸縮機構(gòu)包括千斤頂和螺桿支架，所述千斤頂連接螺桿支架的一端，所述螺桿支架的另一端支撐加載基座的一端底部。
[0011 ] 所述活動擋板與箱體之間的接縫由軟質(zhì)橡膠材料密封。
[0012]所述箱體內(nèi)側(cè)粘貼有硬質(zhì)海綿。
[0013]模型箱水平狀態(tài)下，活動擋板兩側(cè)的水面高度相同。
[0014]所述轉(zhuǎn)動端兩側(cè)對稱設(shè)置有用于固定轉(zhuǎn)動端位置的可拆卸桿件，所述可拆卸桿件兩端連接箱體的側(cè)壁。
[0015]所述箱體為由有機玻璃構(gòu)成的箱體。
[0016]所述加振裝置包括相連接的動力電機和曲柄滑塊機構(gòu)，所述曲柄滑塊機構(gòu)連接振動臺底座。
[0017]所述振動臺底座下方設(shè)有帶凹槽的輪子，所述振動臺底座設(shè)有與輪子配合連接的凸形導(dǎo)軌。
[0018]所述箱體通過螺絲固定于振動臺底座上。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0020]I)克服以往振動臺模型試驗的種種局限性，本發(fā)明提供一種能夠精確控制剪切應(yīng)變值大小的模型箱，首次采用了一個可調(diào)節(jié)傾角并在其兩側(cè)設(shè)置活動擋板，利用重力在傾斜方向上的分力對砂土施加預(yù)剪荷載并控制剪切應(yīng)變的數(shù)值，然后通過振動臺加振進行砂土的液化試驗，可以用于定量地研宄飽和砂土在剪切應(yīng)變歷史影響下的液化特性。
[0021]2)本發(fā)明通過千斤頂頂升螺桿支架可將振動臺的加載基座一端支起，實現(xiàn)傾斜剪切模型箱的目的，通過控制頂升高度控制傾斜角度進而控制水平方向的剪切應(yīng)變，可方便進行多組對比試驗。
[0022]3)本發(fā)明中活動擋板與箱體間的接縫由軟質(zhì)橡膠材料密封，以防止內(nèi)部砂土流出，且擋板外部與模型箱之間的空間由充滿水的軟質(zhì)海綿填充，保證模型箱中的土樣始終處于飽和狀態(tài)，從而實現(xiàn)飽和砂土在剪切應(yīng)變歷史影響下的試驗，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
[0023]4)由于模型箱容積有限，可能導(dǎo)致模型地基無法具備自由地基的邊界條件，給試驗帶來困難并影響試驗結(jié)果可靠性。為此，在箱壁內(nèi)側(cè)粘貼硬質(zhì)海綿以減少側(cè)壁對振動波的反射，從而提高試驗結(jié)構(gòu)的可靠性。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明模型箱整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為在研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響試驗中模型箱安裝示意圖；
[0026]圖3為在研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響試驗中模型箱內(nèi)部示意圖。
[0027]圖中:1、箱體，2、活動擋板，3、軟質(zhì)海綿，4、振動臺底座，5、加載基座，6、動力電機，7、曲柄滑塊機構(gòu)，8、千斤頂，9、螺桿支架，10、加速度傳感器，11、水壓力傳感器，12、轉(zhuǎn)動限孔，13、臺面。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0029]如圖1所示，一種用于研宄剪切應(yīng)變歷史對砂土液化特性影響的模型箱可與振動臺配合試驗，本發(fā)明的關(guān)鍵是要定量控制水平預(yù)剪切值，為此模型箱采用了特