[实用新型]一种测试隔振屏障场地隔振效应的三维模型土箱及系统

说明书

本实用新型公开一种测试隔振屏障场地隔振效应的三维模型土箱、系统，及方法，三维模型土箱包括外模型箱(10)、内剪切箱(20)及钢弹簧支座(30)；内剪切箱(20)包括层叠的多个围护框架(21)及多个箱底条形托条(23)，各围护框架之间由多个摩擦摆串联钢弹簧三维限位支座(22)连接，箱底条形托条(23)作为内剪切箱(20)的底部且不与围护框架(21)连接，钢弹簧支座(30)连接在外模型箱(10)与箱底条形托条(23)之间以及在外模型箱(10)与最底层的围护框架之间。所述系统包括振动台(40)及三维模型土箱，振动台通过刚性连接的锤头(42)及加载板(43)与三维模型土箱接触，并为三维模型土箱施加振动。

技术领域

本实用新型涉及振动控制技术领域，更具体涉及一种测试隔振屏障场地隔振效应的三维模型土箱及系统。

背景技术

轨道交通(如地铁或轻轨)及铁路通过引起的周围岩土体振动往往会引起周围建筑物的振动甚至破坏，从而影响居住在周围的居民身体健康。如何评价以线状振源为主的铁路列车通过引起的周围岩土体振动是多年以来环境振动评价及治理的重要技术问题。一般可以通过在列车振源和被保护建筑物之间的岩土体中设置空沟、填充沟等隔振屏障起到降低列车运行对周围建筑物振动的影响。但是，如何准确高效的评价隔振屏障的隔振机理及隔振效果，是隔振屏障设计并实施落地的重要条件。

现有技术中，设计实施过程中开展必要的物理实验和数值模拟是较为常见的选择。物理实验分为现场原位试验、空地试验场模拟试验、实验室缩尺模型土箱试验。现场原位试验是最可靠的实验手段，但受制于试验造价和施工条件，往往较难实施；空地试验场模拟试验常常采用敲击落锤等手段模拟列车通过振源，试验中由于很难模拟列车通过的实际振源振动，往往不利于测试实际列车通过时振动的效果。能否发展一种结合″现场原位试验中的实测振源″与”空地试验场模拟试验中成本可控和可实施性强″优点的测试系统是亟待突破的隔振屏障场地隔振效应试验的技术瓶颈。

模型土箱试验手段的原理和不足如下：实际的地基土是连续的，土体小变形范围内可以将地基土模型简化为水平方向无限延伸的弹性半空间，但是除非原位试验，实验室均只能截取有限地基土开展实验(即实验室中均是用有限体积的土箱里所装模型土来替代实际无限域的地基)，从无限延伸的弹性半空间截取有限地基土装入普通模型箱开展实验势必会引入边界效应。这是因为模型箱内土体在外荷载激励下，土体中的波动能量到达模型箱侧边界或底边界后容易导致波动反射和折射，从而对无限空间土体模拟产生较大误差。但是已有研究表明，通过水平多层剪切箱可以近似模拟水平方向无穷远辐射条件。剪切模型箱能够近似模拟水平方向波动能量无穷远辐射条件的原理是地基土可以水平成层发生相对运动，从而消耗振动能量，尽量减少边界处波动反射效应。为了消除竖向振动下的底板反射效应，现有技术也采用了支座悬吊等方式，以模拟其竖向波动能量无穷远辐射条件。但是现有剪切箱试验装置有如下不足：

(1)现有剪切箱围护组件连接机构要么是单向运动导轨或导槽、要么是两个正交的导轨和导槽，对运动方向有较强的限制作用，而且如果多层剪切箱围护组件运动方向不一致或者垂直，则很难协调导轨或导槽连接机构的运动。

(2)现有常见技术中剪切箱围护组件连接机构的竖向振动释放机构较少与水平运动释放机构完全解耦，水平运动和竖向运动常常有连带效应，实际振动过程中水平运动和竖向运动会发生干涉。

(3)提供竖向变形的钢弹簧支座无法保证在有水平振动时不发生水平变形，这主要是因为竖向钢弹簧支座无水平限位装置、且没有为其消化水平运动分量的机构。

因此，需要新的技术和设备，以至少部分消除现有技术中存在的问题。

实用新型内容

根据本实用新型的一方面，提供一种测试隔振屏障场地隔振效应的三维模型土箱，包括：外模型箱(10)、内剪切箱(20)以及钢弹簧支座(30)；