[发明专利]一种地下结构拟静力试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种地下结构拟静力试验装置及方法，包括反力装置、模型箱、边界约束装置、作动器和地下结构模型。反力装置由反力墙和钢架组成，模型箱位于反力墙和钢架之间，由四块竖向加劲钢板和底部钢板拼接而成，模型箱四周加劲钢板之间间隙采用柔性连接，左右侧加劲钢板顶部采用滚轴连接件对拉，底部采用滚轴与底部钢板铰接，模型箱左侧顶部设置作动器，底部设有液压稳定器，模型箱体内放置地下结构构件并填充围岩相似材料，模型箱两侧设置橡胶垫层，橡胶垫层通过卡槽与钢架连接，可变换橡胶垫层类型、局部拆卸模拟不同约束情况，本发明能够实现地下结构拟静力加载，模拟地下结构地震响应特征，具有试验经济、操作简单及可靠性强等优点。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种用于研究地下结构抗震性能的拟静力试验装置及方法。

背景技术

随着全球地震灾害频发以及历次大地震中均有地下结构遭受严重破坏的现实，地下结构震害及抗震性能的研究已成为当前地下工程界研究的热点方向之一。目前地震研究的主要手段有理论计算、原位观测和室内试验，其中，室内试验因条件可控，是确定地下结构抗震性能和地震破坏机制的重要途径。

目前室内试验主要有人工震源试验和振动台模拟试验，人工震源试验由于费用高、激振力小，不能模拟地震下地下结构的真实动力响应，这方面的应用很少；振动台模拟试验具有自主控制地震动的输入，数据采集方便等优势，是地下结构地震试验研究的首要选择。但振动台试验同样耗费大，涉及模型箱设计、相似关系确定、结构材料选择、尺寸效应等方面，对测试仪器要求高、操作难度大而且繁琐，特别是存在相似条件难以满足、边界效应和尺寸效应影响大等问题，试验结果是否真实、合理存在疑问。

考虑到地下结构是一种受地层约束的具有特殊边界作用的结构，采用大比例尺的拟静力试验可较精确的研究地下结构在地震荷载作用下的力学性能，以部分代替振动台试验，节约资金，简化操作，拓展模型试验方法。但目前尚无针对地下结构的拟静力试验装置和试验方法，这是当前地下结构地震研究亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种能考虑地下结构的围岩状况、结构初始缺陷损伤以及其所受静动荷载耦合作用的试验装置及试验方法，该试验费用低廉、受力明确、可靠性高，试验装置结构简单、操作方便。

本发明采用的具体技术方案如下：一种地下结构拟静力试验装置，包括反力装置、模型箱17、边界约束装置、作动器和地下结构模型，其特征在于：

所述反力装置包括反力墙2和反力钢架3，反力钢架3由钢柱4、钢梁5和钢板拼装而成，并锚固于地面1；

所述模型箱17位于反力墙2和反力钢架3之间，模型箱17由左右侧竖向加劲钢板6和前后侧竖向加劲钢板7以及底部钢板8拼接而成；所述模型箱17四周的加劲钢板之间间隙采用柔性结构14连接，所述模型箱17左右侧竖向加劲钢板6顶部采用滚轴连接件9对拉，所述模型箱17左右侧竖向加劲钢板板6底部采用滚轴12与底部钢板8铰接，所述模型箱17左侧顶部设置作动器21，底部设置液压稳定器13，所述模型箱17内放置地下结构模型23，地下结构模型23与模型箱17之间填充围岩25，模型箱17上方设置配重块24；

所述边界约束装置由左右侧橡胶垫层18组成，左侧橡胶垫层18位于反力墙2和模型箱17之间，通过钢框架20固定于反力墙2上，右侧橡胶垫层18位于模型箱17和反力钢架3之间，通过卡槽19连接于反力钢架3上。

所述作动器21固定于反力墙2上，通过水平连接杆22与模型箱17左侧端部相连，施加位移或力控制的反复荷载作用；

所述柔性结构14由L型橡胶16和钢板15组成，所述钢板15一端嵌入L型橡胶16内，另一端紧贴模型箱17各侧壁，实现模型箱17左右侧竖向加劲钢板6可转动。

所述滚轴连接件9由滚轴10和连杆11组成，所述滚轴10焊接于左右侧竖向加劲钢板板6顶部，连杆11端部插入滚轴10内，实现模型箱17左右侧竖向加劲钢板6顶部运动的一致性。