专利名称：一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及土木工程的剪切装置，尤其是涉及一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置。
背景技术：
在实际情况下，地基土体是没有边界的，但在振动台试验中，只能用有限尺寸模型箱来装模型土体。为了消除人工边界效应，将模型箱设计成在地震作用下能够单向层状剪切变形，这样的模型箱被称为层状剪切箱。但是，目前国内的层状剪切模型箱试验难以反映震动情况下土体的行为，难以控制模拟土样的饱和、固结、排水过程，因而在应用上有较大的限制。
发明内容为了克服背景技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是底板上设有排水系统，排水系统分别与底板四周的排水阀连接；剪切箱从上至下依次由第1层至第20层等厚度的矩形铝合金剪切框叠合而成，第20层固定在底板上，每两个矩形铝合金剪切框的长边间均经多个与长边垂直的滚轴相叠合连接，剪切箱两侧长边方向均依次对称设有固定在底板和顶板上的位移传感器夹具、两个导向柱和静力柱，剪切箱两侧短边方向的中间部位均对称设有固定在底板和顶板上的侧限框架柱；矩形铝合金剪切框上面的19层，每层均安装了水平位移传感器，每个位移传感器的一端固定在铝合金剪切框两侧长边方向上，另一端固定在位移传感器夹具上；每根导向柱内侧和顶板内侧均设有导向轮，导向柱上的导向轮能与每个矩形铝合金剪切框长边侧面相接触，顶板上的导向轮与第一层矩形铝合金剪切框长边上面相接触，剪切箱内侧四面均安装有橡皮膜，橡皮膜的上部四周固定在第一层矩形铝合金剪切框顶面，橡皮膜的下部固定在底板上。所述的底板上的排水系统，包括透水石和排水阀，透水石均勻分布在剪切箱内的底板孔中，通过底板内的管路与底板四周侧面的排水阀连接。所述的底板四角分别设有提升装置。本实用新型具有的有益效果是1、每层之间由滚轴联接，从而层与层之间可以无摩擦滑动，可以减小试验时对土体剪切刚度的影响；2、上面19层矩形铝合金剪切框安装有水平位移传感器，能够监测试验过程中土体的动力响应；3、排水系统能够在试验过程中对试样进行饱和、固结和排水，能够较好的控制试样的排水条件和对各种饱和度的试样进行试验；4、剪切箱内侧安装橡皮膜，能够保持箱体的水密性，同时能够减小土体与剪切箱
3接触的边界效应；5、剪切箱顶板处安装有导向轮，保证剪切框在试验过程中不发生起跳；6、剪切箱外侧由刚性框架支护，能够保证矩形铝合金剪切框在高离心加速度下变形量小于等于1%。，同时位移传感器夹具为安装位移传感器提供场所，导向柱为导轮的安装提供场所，能够保证矩形铝合金剪切框沿长度方向自由运动以及控制矩形铝合金剪切框沿宽度方向运动；7、侧限框架能够控制试验过程中试样的水平震动位移量，同时能够防止试样甩脱，起到安全控制的作用。
图1是本层状剪切模型的正视图。图2是本层状剪切模型的侧视图。图3是剪切框中滚轴布置俯视图。图4是导向柱中导轮布置俯视图。图5是顶板处导轮布置正视图。图6是橡皮膜安装俯视图。图7是底板排水系统俯视图。图中1、矩形铝合金剪切框，2、顶板，3、底板，4、刚性支护框，5、侧限框架，6、橡皮膜，7、导向轮，8，位移传感器，9、排水系统，10、提升装置，11、滚轴，12、透水石，13、排水阀， 14、位移传感器夹具，15、导向柱，16、静力柱，17、垫圈，18、螺栓。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施做进一步详细描述如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型的底板3上设有排水系统9，排水系统9分别与底板四周的排水阀连接；剪切箱从上至下依次由第1层至第20层等厚度的矩形铝合金剪切框1叠合而成，第20层固定在底板3上，每两个矩形铝合金剪切框1的长边间均经多个与长边垂直的滚轴相叠合连接，剪切箱两侧长边方向均依次对称设有固定在底板3和顶板2上的位移传感器夹具14、两个导向柱15和静力柱16，剪切箱两侧短边方向的中间部位均对称设有固定在底板3和顶板2上的侧限框架柱5 ；矩形铝合金剪切框1上面的19层，每层均安装了水平位移传感器8，每个位移传感器8的一端固定在矩形铝合金剪切框1两侧长边方向上，另一端固定在位移传感器夹具14上；每根导向柱15内侧和顶板2内侧均设有导向轮7，导向柱15上的导向轮能与每个矩形铝合金框1长边侧面相接触，顶板2上的导向轮7与第一个矩形铝合金框1长边上面相接触，剪切箱内侧四面均安装有厚度为2. 5mm的橡皮膜6，橡皮膜6的上部四周通过螺栓和专用垫圈17固定在第一层矩形铝合金剪切框1顶面，橡皮膜6的下部通过螺栓和专用垫圈17固定在底板3上。所述的底板3上的排水系统9，包括透水石12和排水阀13，透水石12均勻分布在剪切箱内的底板3孔中，通过底板3内的管路与底板3四周侧面的排水阀13连接。所述的底板3四角分别设有提升装置，用来提升剪切箱装置。所述的刚性支护框4包括包含位移传感器夹具14、导向框15和静力柱16三部分，位于剪切箱的长度方向，其中位移传感器夹具为安装位移传感器提供场所，导向柱为安装导向轮提供场所。所述矩形铝合金剪切箱从上至下依次由第1层至第20层等厚度的矩形铝合金框叠合成，每层厚度均为22. 5mm，第20层固定在底板上，每两层之间均由安装在剪切框长边方向的槽内且与长边方向垂直的滚轴11连接，第2层至第20层每层均设六组滚轴。所述位移传感器8在上面19层矩形铝合金剪切框1均有安装，每个位移传感器8 的末端有IOmm露出于位移传感器夹具14的一端，用于安装传感器8的螺栓13其顶部由软塑制成，从而保证传感器在安装过程中不被损坏。所述导向轮7在导向柱4和顶板2处均有设置，导向柱中的导向轮在相应于上面 19层铝合金剪切框1的高度处均有安装，方向与剪切片平行。所述橡皮膜6厚度为2. 5mm，在剪切箱四周内层均有安装，能够保持剪切箱的水密性，橡皮膜6的上部四周通过螺栓和专用垫圈17固定在第一层矩形铝合金剪切框1顶面， 下部通过螺栓和专用垫圈17固定在底板3上。具体试验步骤1、如各图所示，试验前应检查各个装置是否完好；2、将被试验的土体放入剪切箱内，制作模型，如图2所示，制模前应先利用侧限框架由螺栓控制其相对位置，对各个剪切框进行定位，保证各矩形铝合金剪切框的竖向在一个平面上；3、模型制作好后，根据试验条件对模型进行相关操作，例如试样饱和等；4、将模型置于离心机振动台上，用固定螺栓将模型固定好，注意此时应加入垫圈；5、将侧限框架松开，撤销其对矩形铝合金剪切框运动的限制作用；6、检查确认以后，开启离心机振动台，使剪切框受到振动而产生剪切，进行相关试验。装配模型箱时应注意以下几点1、水平滚轴11嵌于矩形铝合金剪切框1中，以减小两层之间的摩擦。如果有砂子进入滚轴，摩擦力将变得很大，这样将不能有效地模拟土体的剪切刚度，因此，在安装矩形铝合金剪切框时要注意防止砂子进入；2、安装橡皮膜6时应先用专门的垫圈17和螺栓暂时安装第一层矩形铝合金剪切框1处的橡皮膜6，然后在剪切箱内底板处用M6的不锈钢螺栓和不锈钢板固定橡皮膜6，此时，螺栓要拧紧以防止漏水，最后再拧紧第一层矩形铝合金剪切框1处的螺栓；3、顶板2处的导轮7可以防止剪切框起跳，在安装时应当按住导轮，保持其与矩形铝合金剪切框的第1层接触；4、导向柱15中的导轮7用以控制矩形铝合金剪切框水平运动方向和减少矩形铝合金剪切框的弯曲变形，应当能够保矩形铝合金持剪切框整齐，在安装时，先在长边方向的一侧先安装两个夹具，用螺栓将其固定，再调整对侧所有的导向轮7，然后安装夹具所在一侧的所有导向轮7，最后拆除夹具；5、位移传感器8的安装需要用专门的防松螺栓18，其与传感器8接触的一端是用软塑料制成的。安装时应该适当拧紧，拧得太紧将会损坏传感器；[0046] 6、提升装置应当安装稳固且方向正确，如果方向不正确，有可能损坏。
权利要求1.一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置，其特征在于底板(3)上设有排水系统(9)，排水系统(9)分别与底板四周的排水阀(13)连接；剪切箱从上至下依次由第1 层至第20层等厚度的矩形铝合金剪切框(1)叠合而成，第20层固定在底板(3)上，每两矩形铝合金剪切框(1)的长边间均经多个与长边垂直的滚轴相叠合连接，剪切箱两侧长边方向均依次对称设有固定在底板(3)和顶板(2)上的位移传感器夹具(14)、两个导向柱(15) 和静力柱(16)，剪切箱两侧短边方向的中间部位均对称设有固定在底板(3)和顶板(2)上的侧限框架柱(5);矩形铝合金剪切框(1)上面的19层，每层均安装了水平位移传感器(8)， 每个位移传感器(8)的一端固定在矩形铝合金剪切框(1)两侧长边方向上，另一端固定在位移传感器夹具(14)上；每根导向柱(15)内侧和顶板(2)内侧均设有导向轮(7)，导向柱 (15)上的导向轮能与每个矩形铝合金剪切框(1)长边侧面相接触，顶板(2)上的导向轮(7) 与第一层矩形铝合金剪切框(1)的长边上面相接触，剪切箱内侧四面均安装有橡皮膜(6)， 橡皮膜(6)的上部四周固定在第一层矩形铝合金剪切框(1)顶面，橡皮膜(6)的下部固定在底板(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置，其特征在于所述的底板(3)上的排水系统(9)，包括透水石(12)和排水阀(13)，透水石(12)均勻分布在剪切箱内的底板(3)孔中，通过底板(3)内的管路与底板(3)四周侧面的排水阀(13) 连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置，其特征在于所述的底板(3)四角分别设有提升装置。
专利摘要本实用新型公开了一种用于超重力场振动台试验的层状剪切箱装置。本实用新型主体为20层等厚度的矩形铝合金框叠合成的剪切箱，各层之间由滚轴联接，上面19层均用螺栓安装了水平位移传感器，剪切框周围设有刚性支护框，包含位移传感器夹具、导向柱和静力柱，导向柱和顶板处均设有框架导向轮，剪切箱内侧安装有橡皮膜，在剪切箱的底板中设置排水系统且试验中底板固定在振动台上。本实用新型能够通过有限尺寸的模型模拟半无限场地土体的行为，具有构造简单、安装和应用方便的特点。
文档编号G01N3/02GK202083590SQ20112015229
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者凌道盛, 周燕国, 孔令刚, 梁甜, 蒋建群, 陈云敏, 黄锦舒 申请人:浙江大学
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