本技術(shù)涉及地震模砂土液化試驗(yàn)，尤其是涉及一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)。

背景技術(shù)：

1、砂土液化是指飽和砂土在振動(dòng)作用下孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力降低為零，砂土喪失其抗剪強(qiáng)度，從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)的行為的過(guò)程。砂土液化可產(chǎn)生地面下沉、地表塌陷、地基承載力喪失和地面流滑等一系列危害。地震發(fā)生時(shí)，強(qiáng)烈的地面振動(dòng)不僅直接破壞地表建筑物，同時(shí)致使淺層飽和砂土液化，進(jìn)一步擴(kuò)大災(zāi)害。

2、在眾多研究砂土液化的方法中，小型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)是最為常見(jiàn)、有效的方法之一。試驗(yàn)過(guò)程中，將模型箱固定于振動(dòng)臺(tái)上，采用水中落砂法等方式制備飽和砂土試樣，在砂土試樣中埋設(shè)水壓力計(jì)、土壓力盒等傳感器，施加振動(dòng)后觀測(cè)孔隙水壓力和土壓力等參數(shù)變化規(guī)律，可以得到飽和砂土的液化特性。

3、中國(guó)專利cn202351181u、cn216209166u和cn219935633u公開(kāi)了一些砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，但其存在以下缺點(diǎn)：

4、1.采用輪、桿等眾多部件將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線反復(fù)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造復(fù)雜，維修難度大，運(yùn)行整體可靠性偏低；

5、2.只能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)水平方向震動(dòng)，不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)垂直方向和垂直水平方向同時(shí)震動(dòng)，且不能控制振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，不能更好地模擬真實(shí)地震工況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)方向和頻率可調(diào)，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間可控，試驗(yàn)材料位移和變形可觀測(cè)。

2、本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本實(shí)用新型提供一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，包括：底座、側(cè)搖千斤頂、機(jī)械彈簧、臺(tái)面、定位鋼板、模型箱、電動(dòng)機(jī)、偏心輪、變頻器、自動(dòng)循環(huán)定時(shí)控制器；

4、底座的頂部焊接有限位塊，臺(tái)面上側(cè)與模型箱連接，臺(tái)面下側(cè)垂直焊接有定位鋼板，定位鋼板用于固定安裝電動(dòng)機(jī)，定位鋼板設(shè)有兩塊，兩塊定位鋼板平行；臺(tái)面的底面與底座的相應(yīng)位置上均焊接有限位塊，臺(tái)面與底座相對(duì)應(yīng)的限位塊之間通過(guò)機(jī)械彈簧連接；

5、電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸與偏心輪固定連接；偏心輪在電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生激振力，進(jìn)而使臺(tái)面振動(dòng)；變頻器與電動(dòng)機(jī)線接，自動(dòng)循環(huán)定時(shí)控制器與變頻器線接。

6、定位鋼板在水平方向、垂直方向和順時(shí)針45度方向預(yù)設(shè)有螺栓孔，電動(dòng)機(jī)與定位鋼板之間通過(guò)螺栓能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向、垂直方向和順時(shí)針45度方向的三種固定連接方式，能夠分別實(shí)現(xiàn)垂直方向振動(dòng)、水平方向振動(dòng)和水平垂直同時(shí)振動(dòng)共三種振動(dòng)方式，模擬不同的地震工況。

7、自動(dòng)循環(huán)定時(shí)控制器控制整個(gè)電路通電時(shí)間，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)間，并保護(hù)電路；變頻器可以在電動(dòng)機(jī)工作前或工作時(shí)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制振動(dòng)頻率，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)流、過(guò)載、短路和過(guò)熱保護(hù)。

8、進(jìn)一步的，底座的四腳固定安裝有側(cè)搖千斤頂，側(cè)搖千斤頂?shù)妮敵龆斯潭ò惭b有萬(wàn)向滑輪；側(cè)搖千斤頂伸縮桿刻有刻度尺，可以讀取伸縮長(zhǎng)度。通過(guò)側(cè)搖千斤頂使四個(gè)萬(wàn)向滑輪在一個(gè)水平面均勻受力后即可移動(dòng)整個(gè)振動(dòng)臺(tái)。

9、進(jìn)一步的，模型箱內(nèi)部?jī)舫叽绲拈L(zhǎng)寬高分別為80cm、40cm和50cm，模型箱的底板和臺(tái)面長(zhǎng)寬一致，均為100cm×100cm。

10、進(jìn)一步的，模型箱材料采用2cm厚的聚氯乙烯塑料板。模型箱強(qiáng)度高、透明度大，進(jìn)行砂土液化試驗(yàn)時(shí)，可通過(guò)高速攝像機(jī)等設(shè)備記錄并觀察模型箱內(nèi)部砂土變形、位移等參數(shù)；模型箱的底板外挑，底板上能夠安裝高速攝像機(jī)等設(shè)備。

11、進(jìn)一步的，電動(dòng)機(jī)的功率為3hp(2.238kw)，電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸為階梯狀，電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸與偏心輪之間通過(guò)平鍵、傳動(dòng)軸徑向螺栓和傳動(dòng)軸軸向螺栓連接，軸向螺栓與偏心輪之間安裝有直徑大于傳動(dòng)軸的高強(qiáng)度墊片。該連接方式可以防止偏心輪徑向和軸向松動(dòng)，確保電動(dòng)機(jī)動(dòng)力平穩(wěn)傳至偏心輪。

12、進(jìn)一步的，偏心輪外側(cè)安裝有防護(hù)罩。進(jìn)一步保證安全。

13、進(jìn)一步的，臺(tái)面的底面與底座的相應(yīng)位置上焊接有四個(gè)限位塊，限位塊直徑為10cm，高5cm；機(jī)械彈簧的高度為15cm，線徑為2cm，內(nèi)徑為10cm。模型箱裝滿砂土試樣及安裝電動(dòng)機(jī)后相對(duì)應(yīng)的限位塊之間未接觸，可以提供豎向支撐力并約束水平方向運(yùn)動(dòng)。

14、進(jìn)一步的，底座為方鋼焊接而成的底座。

15、進(jìn)一步的，臺(tái)面預(yù)設(shè)有螺栓孔，臺(tái)面和模型箱通過(guò)螺栓孔和設(shè)于螺栓孔內(nèi)的螺栓連接。

16、進(jìn)一步的，電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸與偏心輪連接處和限位塊與機(jī)械彈簧連接處涂設(shè)有潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，用于減小摩擦。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

18、(1)電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)水平方向、垂直方向和順時(shí)針45度方向共3中固定連接方式，可以實(shí)現(xiàn)水平振動(dòng)、垂直振動(dòng)和水平垂直方向同時(shí)振動(dòng)，可提供更多的試驗(yàn)方案，更全面地研究砂土液化特性。

19、(2)通過(guò)電動(dòng)機(jī)、偏心輪、自動(dòng)循環(huán)定時(shí)控制器和變頻器等元部件的共同作用，可以產(chǎn)生振動(dòng)并直接傳至模型箱，且可以改變振動(dòng)頻率，控制振動(dòng)持續(xù)時(shí)間。

20、(3)模型箱采用高透明聚氯乙烯(pvc)塑料板制作，可通過(guò)高速攝像機(jī)等設(shè)備記錄并觀察模型箱內(nèi)部砂土變形、位移等參數(shù)。整個(gè)振動(dòng)臺(tái)可移動(dòng)，易于組裝，可靠性高，造價(jià)低。

技術(shù)特征：

1.一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，包括：底座(1)、側(cè)搖千斤頂(2)、機(jī)械彈簧(5)、臺(tái)面(6)、定位鋼板(7)、模型箱(8)、電動(dòng)機(jī)(9)、偏心輪(10)、變頻器(12)、自動(dòng)循環(huán)定時(shí)控制器(13)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述底座(1)的四腳固定安裝有側(cè)搖千斤頂(2)，所述側(cè)搖千斤頂(2)的輸出端固定安裝有萬(wàn)向滑輪(3)；所述側(cè)搖千斤頂(2)伸縮桿刻有刻度尺，可以讀取伸縮長(zhǎng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述模型箱(8)內(nèi)部?jī)舫叽绲拈L(zhǎng)寬高分別為80cm、40cm和50cm，所述模型箱(8)的底板和臺(tái)面(6)長(zhǎng)寬一致，均為100cm×100cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述模型箱(8)的材料采用2cm厚的聚氯乙烯塑料板。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)(9)的功率為3hp，所述電動(dòng)機(jī)(9)的傳動(dòng)軸為階梯狀，所述電動(dòng)機(jī)(9)的傳動(dòng)軸與偏心輪(10)之間通過(guò)平鍵、傳動(dòng)軸徑向螺栓和傳動(dòng)軸軸向螺栓連接，軸向螺栓與偏心輪(10)之間安裝有直徑大于傳動(dòng)軸的高強(qiáng)度墊片。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述偏心輪(10)外側(cè)安裝有防護(hù)罩(11)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述限位塊(4)直徑為10cm，高5cm；所述機(jī)械彈簧(5)高度為15cm，線徑為2cm，內(nèi)徑為10cm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述底座(1)為方鋼焊接而成的底座。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述臺(tái)面(6)預(yù)設(shè)有螺栓孔，所述臺(tái)面(6)和模型箱(8)通過(guò)螺栓孔和設(shè)于螺栓孔內(nèi)的螺栓連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)(9)的傳動(dòng)軸與偏心輪(10)連接處和限位塊(4)與機(jī)械彈簧(5)連接處涂設(shè)有潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，用于減小摩擦。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種砂土液化試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，包括：底座、側(cè)搖千斤頂、機(jī)械彈簧、臺(tái)面、定位鋼板、模型箱、電動(dòng)機(jī)、偏心輪、變頻器、自動(dòng)循環(huán)定時(shí)控制器；臺(tái)面上側(cè)與模型箱連接，臺(tái)面下側(cè)垂直焊接有定位鋼板，定位鋼板用于固定安裝電動(dòng)機(jī)，定位鋼板設(shè)有兩塊，兩塊定位鋼板平行；定位鋼板在水平方向、垂直方向和順時(shí)針45度方向預(yù)設(shè)有螺栓孔，電動(dòng)機(jī)與定位鋼板之間通過(guò)螺栓能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向、垂直方向和順時(shí)針45度方向的三種固定連接方式，能夠分別實(shí)現(xiàn)垂直方向振動(dòng)、水平方向振動(dòng)和水平垂直同時(shí)振動(dòng)共三種振動(dòng)方式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)方向和頻率可調(diào)，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間可控，試驗(yàn)材料位移和變形可觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：胡海龍,葉斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240513
技術(shù)公布日：2025/4/28