一种岩质边坡杆塔地基的减振试验装置及试验方法

本发明涉及岩质边坡杆塔地基减振，尤其涉及一种岩质边坡杆塔地基的减振试验装置及试验方法。

背景技术：

1、输电杆塔的稳定性随着输电线路的延伸，会受到各种复杂地质条件的制约，例如在地震作用下，岩质边坡上作为高耸结构的输电杆塔会发生振动“鞭梢效应”，对于结构的安全稳定会造成威胁，严重时会导致输电杆塔中输电线路发生故障从而造成巨大的经济损失。

2、传统的岩质边坡杆塔地基减振处理通常在杆塔结构体上进行，很少从地基减震方面入手，然而对于动载作用下的场地，减振沟是一种有效可行的办法，因此可将减振沟延伸至边坡杆塔减振中去。但是，减振沟主要应用于工程爆破中，对于常规减振沟的各项减振数据不能直观展示岩质边坡杆塔地基的地震响应状况，且对于岩质边坡杆塔地基减振钩的减振效果也缺少对应的试验数据，因此无法准确保障岩质边坡杆塔地基的安全稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的岩质边坡杆塔地基减振试验效果不清楚、不直观的缺陷与问题，提供一种减振试验效果清楚、直观的岩质边坡杆塔地基的减振试验装置及试验方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种岩质边坡杆塔地基的减振试验装置，包括模型箱、杆塔、振动台系统、正常土、吸能材料、第一岩石插片组件、第二岩石插片组件以及检测系统，所述振动台系统连接于所述模型箱的下侧，所述模型箱的内部空心，所述模型箱内填充有岩质边坡，所述杆塔通过杆塔基础连接于所述岩质边坡的上部；所述岩质边坡的上部开设有多个减振沟，多个减振沟分布于所述杆塔的四周，所述第二岩石插片组件上设置有用于容纳正常土、吸能材料的间隙，所述检测系统分别与杆塔、杆塔基础相连接，所述正常土、第一岩石插片组件、第二岩石插片组件、岩质边坡的材质相同；

3、所述第一岩石插片组件、第二岩石插片组件，用于填充减振沟并生成不同规格的减振沟；

4、所述检测系统，用于获取杆塔、杆塔基础在地震荷载下的地震响应数据；

5、所述振动台系统，用于模拟地震并生成地震荷载，根据检测系统检测的地震响应数据计算减振沟的减振效果；

6、所述吸能材料，用于吸收地震荷载。

7、所述第一岩石插片组件的高度与所述减振沟的深度相同，所述第二岩石插片组件的高度小于所述减振沟的深度，所述第一岩石插片组件、第二岩石插片组件的长度和宽度均小于所述减振沟的长度和宽度；

8、所述第一岩石插片组件包括底座和填充插片，所述底座的上端面开设有第一卡槽，所述填充插片的下端面连接有与第一卡槽相匹配的第一卡条；

9、所述第二岩石插片组件包括岩石插片、插片座、底座以及多个深度插片座，所述底座的上端面开设有第一卡槽，所述插片座的下端面连接有与第一卡槽相匹配的第二卡条，所述插片座的上端面开设有第二卡槽，多个所述深度插片座由上至下布置，所述深度插片座的上端面开设有第三卡槽，所述深度插片座的下端面连接有第三卡条，所述第三卡条与所述第二卡槽或第三卡槽相匹配，所述岩石插片与所述第二卡槽或第三卡槽相匹配，相邻两个所述岩石插片之间设置有所述间隙。

10、所述减振试验装置还设置有吊钩，所述填充插片、岩石插片、插片座、底座、深度插片座的上端面均开设有与吊钩相匹配的吊孔，所述填充插片、岩石插片、插片座、深度插片座的下侧连接有与所述吊孔相匹配的限位柱。

11、所述振动台系统包括承重台、加载装置和微机系统，所述承重台连接于所述模型箱的下侧，所述加载装置的输出端连接于所述承重台的下侧，所述加载装置的输入端连接于所述微机系统的上侧，所述微机系统与所述检测系统相连接；

12、所述微机系统，用于控制加载装置模拟地震并生成地震荷载，以及根据检测系统检测的地震响应数据计算减振沟的减振效果。

13、所述检测系统包括速度传感器、位移传感器、应力传感器和信号输出模块，所述速度传感器安装在杆塔的顶部，所述位移传感器安装在杆塔的中部，所述应力传感器安装在杆塔基础上，所述信号输出模块与速度传感器、位移传感器和应力传感器相连接，所述微机系统与所述信号输出模块相连接；

14、所述速度传感器，用于检测杆塔在地震荷载下的加速度；

15、所述位移传感器，用于检测杆塔在地震荷载下位移响应、倾斜度以及沉降差；

16、所述应力传感器，用于检测杆塔基础的剪应力与正应力；

17、所述信号输出模块，用于获取速度传感器、位移传感器、应力传感器检测的数据，并将数据发送给微机系统。

18、一种岩质边坡杆塔地基的减振试验方法，所述试验方法应用于岩质边坡杆塔地基的减振试验装置，所述试验方法包括以下步骤：

19、步骤一：按照模型箱的尺寸制作等比例缩小的杆塔，在模型箱内制作岩质边坡并在岩质边坡的上部设置减振沟；

20、步骤二：在岩质边坡的上部安装杆塔基础，将杆塔连接在杆塔基础上部，并在杆塔和杆塔基础的顶部安装检测系统，在模型箱底部安装振动台系统；

21、步骤三：在减振沟插入第一岩石插片组件，使减振沟填平，通过振动台系统导入地震荷载，根据检测系统获取杆塔未设置减振沟时的地震响应数据；

22、步骤四、将减振沟中第一岩石插片组件取出，然后插入第一岩石插片组件和第二岩石插片组件，并在第二岩石插片组件的间隙中填充正常土，模拟不同规格的减振沟，通过振动台系统导入地震荷载，根据检测系统获取杆塔设置不同规格减振沟时的地震响应数据，并对不同规格减振沟的减振效果进行评估；

23、步骤五：将减振沟中第一岩石插片组件和第二岩石插片组件取出，并吸出正常土，然后再次插入第一岩石插片组件和第二岩石插片组件，并在第二岩石插片组件的间隙中填充吸能材料，模拟不同规格的减振沟，通过振动台系统导入地震荷载，根据检测系统获取杆塔设置不同规格减振沟时的地震响应数据，并对不同规格减振沟的减振效果进行评估。

24、所述步骤五中对不同规格减振沟的减振效果进行评估的具体公式为：

25、；

26、；

27、其中，和分别为未设置减振沟时杆塔顶部位移响应规范值与实测值，和分别为未设置减振沟时杆塔的加速度规范值与实测值，和分别为未设置减振沟时杆塔的倾斜度规范值与实测值，和分别为未设置减振沟时杆塔基础的剪应力规范值与实测值，和分别为未设置减振沟时杆塔基础的正应力规范值与实测值，和分别为未设置减振沟时杆塔的沉降差规范值与实测值，为设置的不同规格减振沟的数量，为不同规格减振沟下的减振效果提高系数，为设置不同规格减振沟时杆塔顶部位移响应的实测值，为设置不同规格减振沟时杆塔的加速度的实测值，为设置不同规格减振沟时杆塔的倾斜度的实测值，为设置不同规格减振沟时杆塔基础的剪应力的实测值，为设置不同规格减振沟时杆塔基础的正应力的实测值，为设置不同规格减振沟时杆塔的沉降差实测值；

28、当时视作减振沟的减振效果没有提升反而降低，增加减振沟厚度、宽度以及减小减振沟与杆塔的距离后再次处理分析；

29、当时减振沟适用于多遇地震设计条件；

30、当时减振沟适用于设防地震设计条件；

31、当时减振沟适用于罕遇地震设计条件。

32、所述步骤一中，通过设置两组模型箱，其中一组模型箱内的杆塔四周设有多个矩形减振沟，矩形减振沟的四边与杆塔距离不同，多个矩形减振沟关于杆塔呈同心矩形分布，另一组模型箱内的杆塔四周设有多个圆环形减振沟，多个圆环形减振沟以杆塔为圆心呈同心圆分布。

33、所述吸能材料包括橡胶颗粒改良土，所述橡胶颗粒改良土包括0-1mm粒径的橡胶颗粒、黄土、脲酶和胶结液，橡胶颗粒与黄土的体积比为7：93，脲酶和胶结液1：1混合后按10%含水率加入改良土当中。

34、所述步骤五中，在第二岩石插片组件的间隙中填充吸能材料，导入地震荷载后获取杆塔设置减振沟时的地震响应数据后，吸出吸能材料，并在第二岩石插片组件中依次填充不同的吸能材料，导入地震荷载后获取同一规格减振沟下不同吸能材料的地震响应数据，评判同一规格减振沟下不同的吸能材料的减振效果。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、1、本发明一种岩质边坡杆塔地基的减振试验装置及试验方法中，采用模型箱对杆塔进行模拟试验，在模型箱内填充岩质边坡，岩质边坡上设置减振沟，通过振动台系统模拟地震，从而实现减振沟在地震下对岩质边坡杆塔的减振效果，通过在减振沟内安装第一岩石插片组件、第二岩石插片组件，从而方便调整改变减振沟的位置、厚度及深度，在保证安全的前提下，模拟多个参数减振沟方案，节省工程造价；减振沟中填充吸能材料通过振动系统模拟真实地震作用下岩质边坡输电杆塔的动力响应，并通过检测系统对模型箱试验结果进行对照分析，对不同工况的减振效果进行评价。因此，本发明减振试验直观、减振试验效果清楚、成本较低。

37、2、本发明一种岩质边坡杆塔地基的减振试验装置及试验方法中，第一岩石插片组件和第二岩石插片组件均采用底座和插片的配合方式，第一岩石插片组件与减振沟高度一致，因此可以用于填充满减振沟，模拟未设置减振沟的工况，同时也可以调整减振沟的长度和宽度，第二岩石插片组件采用多个深度插片座组装的方式，可用于调整第二岩石插片组件的高度，从而便于调整减振沟的深度，通过设置吊钩，每次试验后通过吊钩可将岩石插片组件取出，使用方便快捷；通过加载装置模拟生成地震荷载，多个传感器实时获取杆塔在地震荷载下的各项数据，通过微机系统导入数据进行计算，从而可以直观的得到各种不同的减振沟的减振效果。因此，本发明减振试验直观、使用方便、适用范围广。

38、3、本发明一种岩质边坡杆塔地基的减振试验装置及试验方法中，将岩质边坡上的输电杆塔等比例缩小放入建立的模型箱中，在输电杆塔周围开槽模拟减振沟并向其中填充吸能材料，利用岩石插片组件制造不同位置、宽度和深度的减振沟，通过振动台施加地震荷载模拟真实地震作用，从而确保试验中岩质边坡杆塔地基所受地震荷载与减振效果与实际使用工况相近，综合考虑了杆塔在地震作用下顶部位移响应、顶部加速度、杆塔倾斜度、基础剪力、基础正应力和基础沉降差对于结构减振效果的影响，从而为减振沟的结构优化提供试验支撑；吸能材料采用橡胶颗粒改良土，由于橡胶颗粒改良土的弹性变形性能强、弹性恢复能力强、重量轻、剪切模量小、阻尼较大，从而可以有效提高减振沟的减振效果。因此，本发明试验数据更加真实、试验效果好。