土工振動臺試驗上覆壓力加載方法
【專利摘要】土工振動臺試驗上覆壓力加載方法，包括下列步驟：步驟10在模型箱內(nèi)設(shè)置土體；步驟20在土體上方設(shè)置氣囊，氣囊通過管線和模型箱外的氣源連接；步驟30在模型箱口設(shè)置壓蓋，覆蓋模型箱口，將壓蓋和模型箱固定連接；步驟40打開氣源，向氣囊加載氣壓，根據(jù)需要調(diào)壓閥調(diào)節(jié)氣囊壓力獲得所需加載壓力。本發(fā)明可有效的拓展現(xiàn)有振動臺試驗中研究地基土體的深度，為深入研究深部土體的動力特性提供技術(shù)支撐。
【專利說明】土工振動臺試驗上覆壓力加載方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于土工振動臺試驗模擬土體上覆壓力的加載方法，屬于試驗方法領(lǐng)域。該方法可有效的解決土工振動臺試驗無法反映土體應力狀態(tài)變化的問題。該方法不僅可以模擬建筑物(構(gòu)筑物)的基底壓力，也可以模擬深厚覆蓋層上作用的上覆土體自重應力。為進一步研究一定應力水平下的土體動力特性試驗提供重要的技術(shù)支撐。

【背景技術(shù)】
[0002]原位試驗的場地條件完全真實，其試驗結(jié)果相對可靠，但對于爆破、污染物擴散、地震破壞等問題，由于所處環(huán)境介質(zhì)復雜、多相多場相互作用強烈、時空跨度大，進行現(xiàn)場全過程監(jiān)測難度較大。相比之下，縮尺模型試驗在揭示這些過程的機理、驗證科學理論和解決工程技術(shù)問題時，更為靈活有效。
[0003]巖土工程抗震研究領(lǐng)域得到廣泛應用的振動臺模型試驗有兩類:普通振動臺試驗(Ig重力加速度)和離心機振動臺試驗(ng重力加速度)。振動臺模型試驗可再現(xiàn)各種形式的地震波，用以模擬若干地震現(xiàn)象的初震、主震和余震全過程，可直觀地了解和認識地震過程中試驗對象的反應特征和破壞現(xiàn)象，目前已成為土工抗震研究的一種主要技術(shù)手段。研究內(nèi)容已涉及地基與基礎(chǔ)的靜動力響應分析、建筑液化震陷、堤壩和邊坡的變形及穩(wěn)定性評價、地下結(jié)構(gòu)地震破壞與上浮、土一結(jié)構(gòu)相互作用、土工構(gòu)筑物地震反應、土體液化等諸多方面，取得了豐碩的科研成果。
[0004]受到振動臺臺面尺寸和承載能力的限制，模型地基的土層厚度十分有限，一般不超過2m。對于地基上存在的建筑物(構(gòu)筑物)，亦或是試驗對象為埋深較深的土體，由于實際存在的土體上覆壓力在試驗中未能得到相應體現(xiàn)，將導致模型地基的應力狀態(tài)與原型地基的初始應力狀態(tài)不符。因此在上述條件下進行的振動臺試驗得到的模型地基以及結(jié)構(gòu)物的地震反應難以真實地反映實際原型地基和其上結(jié)構(gòu)的地震反應。
[0005]場地液化評價與抗液化處理一直是巖土地震工程領(lǐng)域的重要課題。振動臺試驗雖然可以較好地體現(xiàn)模型的抗震性能，但由模型的試驗結(jié)果推算的原型結(jié)構(gòu)及地基土體的抗震性能還存在較大的爭議。因此試驗過程中模型正確模擬原型實際應力決定了試驗結(jié)果的可靠性及真實性，為評價實際原型地基和其上結(jié)構(gòu)的地震反應提供技術(shù)支撐。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種土工振動臺試驗上覆壓力加載方法，用于振動臺模型試驗中實現(xiàn)土體上覆荷載的施加，使得模型土體與原型土體的應力水平相匹配，從而實現(xiàn)一定應力水平下的地基土體或土一結(jié)構(gòu)相互作用體系的振動臺試驗。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:土工振動臺試驗上覆壓力加載方法，包括下列步驟:
步驟10在模型箱內(nèi)設(shè)置土體；
步驟20在土體上方設(shè)置氣囊，氣囊通過管線和模型箱外的氣源連接； 步驟30在模型箱口設(shè)置壓蓋，覆蓋模型箱口，將壓蓋和模型箱固定連接；
步驟40打開氣源，向氣囊加載氣壓，根據(jù)需要調(diào)壓閥調(diào)節(jié)氣囊壓力獲得所需加載壓力。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟20中進一步包括:在土體上方設(shè)置水平延伸的上、下保護層，所述氣囊設(shè)在上、下保護層之間的空間內(nèi)。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟30中，壓蓋和模型箱之間采用螺栓連接。
[0010]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明通過在模型箱上部安裝壓蓋，壓蓋與模型箱之間形成封閉空間，采用氣囊作為加載設(shè)備，氣囊通過外接氣源供氣，氣囊壓力作用于研究土體的表面和上部壓蓋，將荷載均勻的傳遞到土體內(nèi)部。氣囊壓力可通過外部調(diào)壓閥進行精確控制，從而得到土體的不同應力狀態(tài)。
[0011]①該方法采用氣囊作為加載設(shè)備，不增加研究土體的上部重量，使得土體的動力響應更真實，同時也減小了振動臺的負荷；
②該加載方法簡單，只需對現(xiàn)有模型箱進行簡單改造，根據(jù)模型箱尺寸制作配套的氣囊，即可實現(xiàn)對試驗土體的加載；
③加載方式簡單靈活。根據(jù)試驗模型和條件，可選用高壓氣瓶、氣泵等作為加載氣源，通過調(diào)壓閥裝置可精確控制氣囊壓力的大小和加載速率，確保土樣內(nèi)部壓力均勻傳遞，并可根據(jù)試驗要求隨時改變氣囊內(nèi)部壓力大小；該振動臺試驗上覆壓力加載方法可達到以下技術(shù)指標:
(1)壓力范圍:(T300kPa;
(2)模型土樣尺寸:可根據(jù)試驗要求，加工制作配套的氣囊尺寸；
(3)模擬土體深度:設(shè)備可模擬(T50m埋深土體的上覆壓力。
[0012]本發(fā)明可有效的拓展現(xiàn)有振動臺試驗中研究地基土體的深度，為深入研究深部土體的動力特性提供技術(shù)支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例1的壓力加載示意圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例和附圖做進一步說明(請將圖1中的文字標示修改為實施例中的數(shù)字。)。
[0015]土工振動臺試驗上覆壓力加載方法，包括下列步驟:
步驟10在模型箱I內(nèi)設(shè)置土體9 ；
步驟20在土體上方9設(shè)置水平延伸的上保護層8a和下保護層Sb，將氣囊2設(shè)在上、下保護層8a、8b和模型箱壁12圍成的空間內(nèi)，氣囊2通過管線5和模型箱I外的氣源3連接，氣源3可采用高壓氣瓶或氣泵等氣壓源；
步驟30在模型箱口 11設(shè)置壓蓋4，使壓蓋4覆蓋模型箱口 11，將壓蓋4和模型箱I用螺栓10固定連接；
步驟40打開氣源，向氣囊2加載氣壓，根據(jù)需要通過調(diào)壓閥6調(diào)節(jié)氣囊壓力獲得所需加載壓力。氣囊2通過壓蓋4在氣囊壓力與模型箱內(nèi)力之間建立平衡，使得氣囊壓力可有效的傳遞到試驗土樣內(nèi)部。氣囊施加的上覆壓力示意圖見附圖1所示。
【權(quán)利要求】
1.土工振動臺試驗上覆壓力加載方法，其特征是，該方法包括下列步驟: 步驟10在模型箱內(nèi)設(shè)置土體； 步驟20在土體上方設(shè)置氣囊，氣囊通過管線和模型箱外的氣源連接； 步驟30在模型箱口設(shè)置壓蓋，覆蓋模型箱口，將壓蓋和模型箱固定連接； 步驟40打開氣源，向氣囊加載氣壓，根據(jù)需要調(diào)壓閥調(diào)節(jié)氣囊壓力獲得所需加載壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟20中進一步包括:在土體上方設(shè)置水平延伸的上、下保護層，所述氣囊設(shè)在上、下保護層之間的空間內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟30中，壓蓋和模型箱之間采用螺栓連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟20中的氣源為高壓氣瓶或氣泵。
【文檔編號】G01V1/00GK104316282SQ201410561350
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】蔡正銀, 張世殊, 武穎利, 胡金山, 徐光明, 謝洪毅, 黃英豪, 顧行文, 關(guān)云飛, 李小梅 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院