[发明专利]一种液化地基模型试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液化地基模型试验装置及方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

目前我国的高边坡稳定在岩土工程中是一个比较突出问题的实际情况。露天矿高边坡稳定与否直接影响到露天矿的安全和经济效益，但是在露天矿高边坡实际研究中的模型试验方面，专家学者仅对特定的单位、单一的条件、缺少普遍实用意义的范围内进行研究工作；目前学界在理论建立和实际应用中都缺少相应的、科学的、具有实际建设指导意义的高边坡模型试验系统。

振动是边坡稳定性的一个重要因素。振动会使土坡土质变得疏松，特别对含水量高的细砂、粉砂土等，因受振动而液化，都能够能导致土方边坡失稳。边坡作用力的改变造成边坡滑动。如在边坡开挖，在边坡堆放材料，打桩、车辆行驶、爆破、地震等引起的振动，破坏了原来的平衡状态。同时，也是液化的诱因。

空气弹簧的原理：在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或十几倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。

由于原理上的根本不同，空气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：相对速度缓慢、动态力变化不大(一般在1:1.2以内)、容易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、寿命相对短。

空气弹簧具有工作高度能够随时调节，刚度能够通过附加气室的容积和有效面积来进行改变，弹簧系统具有几乎不变的性能等优点。空气弹簧具有非线性特性，其刚度随载荷而变，因而在任何载荷下其自振频率几乎不变；空气弹簧能承受轴向载荷和径向载荷，通过调节橡胶气囊内部压缩空气的压力能够得到不同的承载性能。空气弹簧的刚度、纵向高度、橡胶腔内容积、承载性能将随着承载的重量的增加、减少发生周期的、柔和的柔性变化，这样子就实现了力的柔和传承、振动的有效控制。因此考虑将空气弹簧应用于振动台模型，从而应用于液化试验模型。

简化模型试验系统，使用较简单的设备和较直观容易的方法模拟试验真实情况。模型是科学研究中最基本的方法之一,它在各门学科中,尤其在自然科学中得到了广泛的应用，而模型的简化在理学、工学等方面起着重要作用，它能够极大简化对研究对象的处理，特别是在一些复杂的工程问题，能够让问题在不违背客观条件的前提下简化问题的算法，模型等，进而在较复杂的工程问题面前更快更有效更好的解决(Q5此段及以上的五段：都应删除)。

通常，(Q6此处应为：地基液化是地基基础地震破坏的主要原因之一，近年来全球发生的多起地震，引起了大量的地基液化震害发生，并造成了巨大的生命和财产损失。自然条件下，)地下水的压力与土壤层间的压力维持一个平衡状态，地下水与土壤层之间保持接口上的稳定，并不会侵入上面的土层。但是当地下水受到振动时，地下水的移动情形将大过砂土能将多余的水分排出的速率。土层颗粒的承载力顿时会被水给取代，土壤结构内部会变成像液体一样能够流动的情形，引起土壤的大量变形，最终会导致整个地盘失去承载能力(Q7此处应为：在地震动荷载的作用下，土体中超孔隙水压力急剧上升，而有效平均应力降低直至为零，土颗粒处于悬浮状态，此时砂土就发生了液化。由于液化后土体的抗剪强度和剪切模量都显著降低，导致了地基承载力不足、震陷过大，直至破坏失稳)。土壤液化发生的区域容易造成地上建筑物的倾斜、下陷、结构性损坏、甚至倒塌的情形。当前，还没有一种简单实用的能够观测和研究地基液化时地上建筑物沉降情况的试验装置及方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足(Q8此处应为：有鉴于此),本发明提供一种液化地基模型试验装置。

一种液化地基模型试验装置,包括模型箱、竖直振动装置、地基模型和固定壳体，模型箱是由钢板组成的箱式结构，通过箱体底部的连接块和竖直振动装置固定在一起，第一支柱固定在地上；第一滑套套在第一支柱上，能够沿着第一支柱在竖直方向滑动；第一连接杆固定在第一滑套上，能够随着第一滑套上下滑动，第二支柱固定在地上；第二滑套套在第二支柱上，能够沿着第二支柱在竖直方向滑动；第二连接杆固定在第二滑套上，能够随着第二滑套上下滑动，模型箱分别连接第一连接杆和第二连接杆，连接块(Q9此处应为：第一连接杆和第二连接杆)和第一滑套(Q10此处应为：第一滑套和第二滑套)能够使连接块与橡胶空气弹簧接触稳定；橡胶空气弹簧的两端都由封端板封闭。

橡胶空气弹簧内层是气密性橡胶层，橡胶空气弹簧外层是耐介质老化的橡胶层，橡胶空气弹簧中间是曲囊，橡胶空气弹簧内置腰环；底座用来支撑和控制橡胶空气弹簧。

模型箱的外面包围上部壳体，上部壳体的壳体座由四根腿柱支撑，壳体座通过中空桌面和上部壳体连成一体。