一種具有高圍壓加載系統(tǒng)的模型箱的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程學中土工試驗用模型箱技術領域，具體涉及一種具有高圍壓加載系統(tǒng)的模型箱。
【背景技術】
[0002]重大巖土、隧道工程往往會通過復雜地質(zhì)地貌地區(qū)。這些地區(qū)圍巖的工程性質(zhì)良莠不齊，區(qū)內(nèi)斷層、斷裂、褶皺等構造發(fā)育明顯，圍巖應力高。如何在這些高復雜地質(zhì)構造區(qū)內(nèi)研宄巖土體強度，進而保障工程安全，是每個工程技術人員不得不深思熟慮的問題。譬如，新建二郎山隧道圍巖中軟、硬巖類均有廣泛分布，區(qū)內(nèi)斷層、斷裂發(fā)育，斷裂帶內(nèi)巖體破碎，破碎帶寬度大，影響帶寬。隧道將通過多條斷裂帶，圍巖穩(wěn)定性差，易坍塌。從前期勘測資料估計，隧道地質(zhì)條件非常復雜，特別是由于隧道埋深大，地應力高，硬質(zhì)巖類易產(chǎn)生巖爆，軟質(zhì)巖類及斷裂、斷層破碎帶等薄弱帶，圍巖易產(chǎn)生大變形，將來隧道施工很可能面臨很嚴峻的巖爆和大變形災害。尤其是在地震荷載作用下，對于所處高圍壓地區(qū)的工程，如何提高其抗巖爆抗大變形等地質(zhì)災害的能力，是一個非常重要的研宄課題。
[0003]在地震等荷載作用下，巖土體的受力往往是復雜的多向的。為了在室內(nèi)模擬振動載荷研宄土體強度，實驗室內(nèi)通常使用土工振動臺。然而，常規(guī)的室內(nèi)振動裝置只能提供單向或者兩向單動的載荷，不能滿足復雜應力狀態(tài)下巖土體受力的真實情況。高圍壓條件下振動試驗裝置的開發(fā)，至今也尚屬空白。圍壓加載系統(tǒng)的成功運轉(zhuǎn)，其關鍵在于與之配套的模型箱技術。
[0004]當前，國際上設計的先進模型箱，為了能夠模擬在地震方向無限延伸的地層，必須盡量減少模型箱邊界的影響。Schofield和Zeng曾經(jīng)總結(jié)了理想的模型箱應該具備的條件:
[0005]一.振動過程中，不影響剪切波或剪切應力的傳遞，盡量使水平剪切剛度為零，對土的變形無影響；
[0006]二.振動過程中模型箱水平斷面尺寸應保持不變；
[0007]三.模型箱側(cè)壁應具有足夠的剛度；
[0008]四.盡量減少模型箱壁的質(zhì)量，以減少邊界處側(cè)向動土壓力。
[0009]為了避免模型箱側(cè)壁的反射作用，解決的方法除了盡量采用自由邊界以外，便是將模型箱沿振方向的側(cè)壁設計成柔性，如RensseIear理工學院、香港科技大學采用的層狀柔性模型箱。模型箱的內(nèi)部尺寸考慮了大部分模型試驗的需要、振動臺的負載能力以及方便傳感器安裝等因素。模型箱除了各種柔性設計以外，還包括用于模型飽和的密封設備、臨時支架、與振動臺固定的底板等，同時還要考慮模型制作和模型吊裝的方便問題。在滿足各方面功能要求之后，還應該綜合考慮模型箱與振動臺的共同作用下對振動波形的影響。
[0010]模型箱在振動情況下可以適應土體在振動方向的剪切變形至為重要，為了減少側(cè)壁為固定式的模型箱所引起的邊界效應，目前用于動力模型試驗模型箱有側(cè)壁吸波、層狀、疊環(huán)及鉸接式四種。側(cè)壁吸波材料多采用油灰，硅橡膠等涂于剛性模型箱的側(cè)壁，以吸收應力波的反射和折射。Van Laak等人設計采用層狀的側(cè)壁結(jié)構，每一薄層之間采用滾球或滾棒搭接，香港科技大學采用的層狀模型箱可用于水平多方向震動的試驗。劍橋大學設計了一個等效剪切梁式模型箱，為矩形框架的疊環(huán)結(jié)構，采用橡膠和鋁板互層，旨在使模型箱的動剛度與多數(shù)原狀土的動剛度平均值相同。美國加州大學Davis離心機動力模型試驗模型箱設計采用了側(cè)壁鉸接式的模型箱，每一層矩形空心鋁環(huán)之間有一層橡膠，這層柔性橡膠使得模型箱可以和土體一起變形。
[0011]現(xiàn)有技術中的土工試驗模型箱，多數(shù)為層狀剪切模型箱，或者使用多級箱體疊加原理制成的可拆卸模型箱，少數(shù)采用消除土體與底板的接觸影響而制成的可調(diào)式地層振動剪切模型箱。但現(xiàn)有技術中的土工試驗模型箱所共同具有的缺點如下:
[0012](I)、模型箱內(nèi)腔結(jié)構尺寸固定，不能滿足盛裝整體性較好、強度較大的巖質(zhì)隧道及地下結(jié)構模型箱的技術要求。模型箱內(nèi)腔結(jié)構尺寸不具備同時添加多向加載設備的空間條件，即便克服了容積上的死板問題，由于模型箱底板的尺寸受振動臺尺寸的約束，在接觸板件添加緩沖材料，占據(jù)了安裝高圍壓加載系統(tǒng)所必需的裝配空間。此外，現(xiàn)有技術中應用在模型箱領域的常規(guī)液壓缸由于尺寸大，重量重，若同時安裝在模型箱內(nèi)各個側(cè)壁上，以解決制作高圍壓模擬環(huán)境這一技術問題還會帶來模型箱超重的技術問題；因此，現(xiàn)有技術中的模型箱僅能滿足單向或兩向單動的技術要求，進而所提供的剪切荷載達不到實驗要求。
[0013](2)、不能模擬高圍壓環(huán)境，盡管現(xiàn)有技術中存在可調(diào)式圍壓加載系統(tǒng)，但其設計目的及功效僅限于消弱模型箱對模型土振動響應的影響，由于從未考慮過實施高圍壓系統(tǒng)的必要性，故在結(jié)構上不具備模擬高圍壓環(huán)境的功能。
[0014](3)、液壓系統(tǒng)技術缺陷，現(xiàn)有技術中的模型箱的液壓系統(tǒng)還具有供壓不穩(wěn)定，穩(wěn)壓精度低，自動穩(wěn)壓周期短，密封性差等技術缺陷，遠遠不能滿足工程試驗的實際需求。
[0015]因此，研發(fā)一款能模擬高圍壓環(huán)境的尺寸可調(diào)的具有高圍壓加載系統(tǒng)的模型箱成為一種必需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一款具有高圍壓加載系統(tǒng)的模型箱；通過在常規(guī)振動實驗模擬環(huán)境的基礎上進一步疊加高圍壓模擬環(huán)境，解決了的現(xiàn)有技術中模型箱不能在高圍壓環(huán)境下做模擬振動實驗的技術問題。
[0017]為此，本發(fā)明提供一種具有高圍壓加載系統(tǒng)的模型箱，包括箱體，所述箱體為長方體狀，還包括:高圍壓加載系統(tǒng)；所述高圍壓加載系統(tǒng)包括:擋板、液壓缸集成陣列、液壓泵站和控制臺；所述箱體的每一側(cè)內(nèi)壁均通過所述液壓缸集成陣列緊固連接有一塊所述擋板；所述液壓缸集成陣列通過所述控制臺與所述液壓泵站油路連接。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，其中，所述箱體包括:輕質(zhì)高強度箱壁和底板，所述輕質(zhì)高強度箱壁和底板緊固連接；所述底板的尺寸與土工振動臺相適配；相鄰兩塊所述輕質(zhì)高強度箱壁彼此間緊固連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，其中，所述輕質(zhì)高強度箱壁按安裝位置分類，分別為:前壁、后壁、左壁和右壁；所述前壁與后壁、左壁與右壁間的距離均可調(diào)節(jié)，與所述底板以可拆卸的形式進行緊固連接；所述輕質(zhì)高強度箱壁的前壁和后壁在受壓時發(fā)生的可恢復彈性形變范圍之內(nèi)，至少滿足承載400噸的壓力；所述輕質(zhì)高強度箱壁的左壁和右壁在受壓時發(fā)生的可恢復彈性形變范圍之內(nèi)，至少滿足承載250噸的壓力。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，其中，所述輕質(zhì)高強度箱壁包括內(nèi)板、圍板和肋板；所述內(nèi)板為30mm厚鋁合金板，所述圍板為20mm厚鋁合金板，所述肋板為30mm厚鋁合金板；所述圍板緊固連接后圍成矩形框架，所述矩形框架與所述內(nèi)板的外形尺寸相適配，所述肋板緊固設置在所述圍板圍成的矩形區(qū)域中間，所述內(nèi)板、圍板和肋板均以焊接的形式緊固連接。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，其中，所述肋板呈十字交叉設置，并在交叉處緊固設置有由30_厚鋁合金板制成的加載連接板。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，其中，所述可恢復彈性形變的形變量不超過50mm。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，其中，所述底板由40mm硬鋁合金板制成；