一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台

本发明涉及水平地震剪切模模拟实验领域，具体是涉及一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台。

背景技术：

1、水平地震剪切波是一种横波，水平地震剪切波模拟在地震场地表征、隧道结构分析、地震反应分析、地震动影响研究以及结构健康监测和无损检测等方面具有重要意义，根据土体的特性制备土质模型，振动激发水平剪切波，根据剪切波作用于土体模型上的反应判断地震对该地区土体的影响。

2、为此，专利公开号为cn107219049b的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟装置及实验方法，其中装置包括：基座系统、水平剪切模拟系统和竖向加载系统；所述水平剪切模拟系统放置于基座系统之上，并一起放置于竖向加载系统构成的回字形加载框内；所述水平剪切模拟系统包括若干相互牵引的u形剪切框，所述u形剪切框沿着剪切波的传递方向依次紧密排列，所述u形剪切框组合构成的空间内放置模型土体；所述竖向加载系统将竖向荷载均匀施加于所述模型土体；所述u形剪切框在水平剪切模拟系统产生的推力作用下沿水平方向做蛇形运动，模拟水平剪切波；水平地震剪切波模拟装置和方法可用于模拟地震剪切波作用下土体及地下结构物破坏的模型实验研究。

3、实际地震中水平剪切波作用在土体上的位置会随介质波速比、界面深度和偏移距的变化而变化，部分模拟试验台激发的水平剪切波位置和频率不能进行调整，单一位置和频率的剪切波模拟限制了实验数据的参考价值，此外，单一位置激发水平的剪切波作用于土体模拟箱表面，同一点连续产生的作用力容易损坏模拟设备，影响模拟设备使用的耐久性。

技术实现思路

1、针对上述问题，提供一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，通过转向组件调节激振组件的锤击位置，通过移位气缸调节激振组件的锤击频率解决了实际地震中水平剪切波转换点的位置会随介质波速比、界面深度和偏移距的变化而变化，部分模拟试验台激发的水平剪切波位置和频率不能进行调整，单一位置和频率的剪切波模拟限制了实验数据的参考价值等问题。

2、为解决现有技术问题，本发明提供一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，包括实验桌和固定在实验桌上盛放土体的模拟箱，水平地震剪切波模拟试验台还包括固定在实验桌上的载力气缸、固定在载力气缸下方升降端的载力板、固定在实验桌表面的导向滑轨、滑动安装在导向滑轨上的滑行架、安装在滑行架上用于激发产生水平剪切波的激振组件、固定装配在模拟箱上的金属平板；所述实验桌上固定安装有移位气缸，移位气缸的伸缩端与滑行架之间固定装配，滑行架中安装有控制激振组件激发水平剪切波位置的变向组件。

3、优选的，所述激振组件包括固定在滑行架上的重力锤，重力锤上转动安装有转动锤，转动锤上开设有卡槽，卡槽中阻尼滑动安装有激振锤。

4、优选的，所述卡槽的长度大于转动锤的半径。

5、优选的，所述变向组件包括转动安装在滑行架中的驱动锥齿轮，驱动锥齿轮边侧与转动安装在滑行架中的从动锥齿轮边侧啮合装配，驱动锥齿轮下方连接有转杆，转杆转动安装在滑行架中，以及转杆外部卡合滑动安装有传动卡筒，传动卡筒上固定安装有平面齿轮，平面齿轮边侧啮合装配有齿条，所述齿条固定安装在实验桌中。

6、优选的，所述滑行架上安装有限定平面齿轮转动方向的锁定组件。

7、优选的，所述锁定组件包括圆周滑动安装在实验桌中的滑盘，滑盘上固定安装有电动升降杆，电动升降杆的升降端与平面齿轮之间固定装配，所述平面齿轮上固定安装有多个定位柱，实验桌上等角度安装有多个空心定位筒，定位柱上移与空心定位筒卡合连接。

8、优选的，所述载力板和载力气缸上均安装有模拟地震时土体表面物体左右晃动状态的摇晃组件。

9、优选的，所述摇晃组件包括固定在载力板和载力气缸上的矩形框，矩形框中等角度固定有多个圆柱筒，圆柱筒上伸缩连接有伸缩杆，伸缩杆与圆柱筒之间连接有弹簧，所述伸缩杆上固定安装有圆盘座；载力板上摇晃组件中的圆盘座与载力气缸升降端固定装配；载力气缸上摇晃组件中的圆盘座固定在载力气缸的驱动端外部。

10、优选的，所述金属平板外卡合安装有防偏移框架，防偏移框架上固定安装有橡胶限位块，橡胶限位块贴合限定在金属平板的外边侧，并且橡胶限位块贴合在模拟箱外表面，所述模拟箱上固定安装有导向筒，导向筒中贯穿滑动连接有导向杆，导向杆与防偏移框架之间固定装配。

11、优选的，所述滑行架上固定安装有动力架，动力架横向移动与导向杆接触挤压。

12、本发明相比较于现有技术的有益效果是：

13、1.本发明中设置有激振组件可以调整在金属平板上激发水平地震剪切波的位置，根据水平剪切波需要激发的位置，控制激振锤卡合在卡槽中的位置，当滑行架移动控制激振组件横向移动时，激振锤移动作用于金属平板表面，其锤击的位置关系到水平剪切波激发的位置，移位气缸驱动滑行架和激振锤往复移动的频率关系到水平剪切波激发的频率，避免在模拟实验过程中，在单一的位置或者单一的频率下产生水平剪切波完成实验，提高实验数据的参考性。

14、2.本发明中设置有转向组件自主调节激振组件在连续锤击时激发水平剪切波的位置，滑行架在移位气缸的驱动作用下横向往复性移动，在往复移动的过程中在转向组件的传动作用下，使得激振组件中的转动锤定角度间断性转动，自主切换激发水平剪切波的位置，从而更加真实的模拟水平地震剪切波对土体产生的影响。

15、3.本发明中设置有摇晃组件模拟土体上物体受到水平地震剪切波左右摇晃的状态，载力板受到载力气缸推力作用压合在土体上，载力板的压力可以模拟土体受到载荷引起的应力，当土体中产生水平地震剪切波时，土体表面的载荷物产生左右摇晃的情况，载荷物摇晃对于土体发生地震产生进一步的影响，加剧土体的变形，该部分结构可以更好的模拟地震的实况。

16、4.本发明中的金属平板外部设置有防偏移框架，防偏移框架限位防护设置在金属平板的外侧，在激振组件移动作用于金属平板表面时，滑行架上的动力架与防偏移框架上的导向杆接触挤压，使得防偏移框架紧密压合限位在金属平板外侧，避免金属平板受到锤击作用力发生较大的形变或者位置偏移等，保持连续性锤击激发水平地震剪切波。

技术特征：

1.一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，包括实验桌(1)和固定在实验桌(1)上盛放土体的模拟箱(2)，其特征在于：水平地震剪切波模拟试验台还包括固定在实验桌(1)上的载力气缸(3)、固定在载力气缸(3)下方升降端的载力板(31)、固定在实验桌(1)表面的导向滑轨(41)、滑动安装在导向滑轨(41)上的滑行架(42)、安装在滑行架(42)上用于激发产生水平剪切波的激振组件(5)、固定装配在模拟箱(2)上的金属平板(6)；

2.根据权利要求1所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述激振组件(5)包括固定在滑行架(42)上的重力锤(51)，重力锤(51)上转动安装有转动锤(52)，转动锤(52)上开设有卡槽(53)，卡槽(53)中阻尼滑动安装有激振锤(54)。

3.根据权利要求2所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述卡槽(53)的长度大于转动锤(52)的半径。

4.根据权利要求1所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述变向组件包括转动安装在滑行架(42)中的驱动锥齿轮(421)，驱动锥齿轮(421)边侧与转动安装在滑行架(42)中的从动锥齿轮(422)边侧啮合装配，驱动锥齿轮(421)下方连接有转杆(423)，转杆(423)转动安装在滑行架(42)中，以及转杆(423)外部卡合滑动安装有传动卡筒(424)，传动卡筒(424)上固定安装有平面齿轮(425)，平面齿轮(425)边侧啮合装配有齿条(426)，所述齿条(426)固定安装在实验桌(1)中。

5.根据权利要求4所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述滑行架(42)上安装有限定平面齿轮(425)转动方向的锁定组件。

6.根据权利要求5所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述锁定组件包括圆周滑动安装在实验桌(1)中的滑盘(4251)，滑盘(4251)上固定安装有电动升降杆(4252)，电动升降杆(4252)的升降端与平面齿轮(425)之间固定装配，所述平面齿轮(425)上固定安装有多个定位柱(4253)，实验桌(1)上等角度安装有多个空心定位筒(4254)，定位柱(4253)上移与空心定位筒(4254)卡合连接。

7.根据权利要求1所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述载力板(31)和载力气缸(3)上均安装有模拟地震时土体表面物体左右晃动状态的摇晃组件(32)。

8.根据权利要求7所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述摇晃组件(32)包括固定在载力板(31)和载力气缸(3)上的矩形框(321)，矩形框(321)中等角度固定有多个圆柱筒(322)，圆柱筒(322)上伸缩连接有伸缩杆(323)，伸缩杆(323)与圆柱筒(322)之间连接有弹簧(324)，所述伸缩杆(323)上固定安装有圆盘座(325)；

9.根据权利要求1所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述金属平板(6)外卡合安装有防偏移框架(61)，防偏移框架(61)上固定安装有橡胶限位块(62)，橡胶限位块(62)贴合限定在金属平板(6)的外边侧，并且橡胶限位块(62)贴合在模拟箱(2)外表面，所述模拟箱(2)上固定安装有导向筒(63)，导向筒(63)中贯穿滑动连接有导向杆(64)，导向杆(64)与防偏移框架(61)之间固定装配。

10.根据权利要求9所述的一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，其特征在于：所述滑行架(42)上固定安装有动力架(65)，动力架(65)横向移动与导向杆(64)接触挤压。

技术总结本发明涉及水平地震剪切模模拟实验领域，公开了一种考虑土体应力的水平地震剪切波模拟实验台，包括实验桌和固定在实验桌上盛放土体的模拟箱，水平地震剪切波模拟试验台还包括固定在实验桌上的载力气缸、固定在载力气缸下方升降端的载力板、固定在实验桌表面的导向滑轨、滑动安装在导向滑轨上的滑行架、安装在滑行架上用于激发产生水平剪切波的激振组件、固定装配在模拟箱上的金属平板；滑行架中安装有控制激振组件激发水平剪切波位置的变向组件；该水平地震剪切波模拟实验台可以调整激发剪切波的位置和频率，并且考虑到土体表面载荷物产生的应力作用，提高模拟土体受到地震影响数据的参考性。技术研发人员：马肖彤,王金玉,洪瑞骁,包超,陆华,何妍亭受保护的技术使用者：北方民族大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27