申请/专利权人：防灾科技学院

申请日：2019-09-03

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN110411821B

主分类号：G01N3/00

分类号：G01N3/00;G01N33/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明公开了一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，包括：土体箱、型钢框架、限制装置和作动器；土体箱固定在型钢框架上，土体箱的底板分为活动钢板和固定钢板两部分；活动钢板的四周均是活动的。作动器顶部接触活动钢板下表面的中间部分；活动钢板在作动器的推动下起到承接土体及推动土体的作用。活动钢板两侧分别设置一个限制装置，限制装置用于约束活动钢板被作动器升顶时，以一定角度和轨迹抬升，以此模拟地震中逆断层上盘土体的抬升。本发明优点在于：误差在可控范围以内。试验现象明显，可操作可重复强，实验结果与以往研究及经验实际相符，可对强震破裂区的建筑物避让及抗断裂设计施工提供依据，减少人员伤亡和财产损失。

主权项：1.一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，其特征在于，包括：反力地板、土体箱、型钢框架、限制装置和作动器；土体箱为矩形体容器，用于装土；土体箱固定在型钢框架上，型钢框架底部固定在反力地板之上；土体箱的底板分为活动钢板和固定钢板两部分；活动钢板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，避免加载过程中土的掉落；作动器设置在型钢框架内，土体箱下，作动器底部固定在反力地板上，顶部接触活动钢板下表面的中间部分；活动钢板在作动器的推动下起到承接土体及推动土体的作用；活动钢板两侧分别设置一个限制装置，限制装置用于约束活动钢板被作动器升顶时，以一定角度和轨迹抬升，以此模拟地震中逆断层上盘土体的抬升；所述限制装置由角度调整装置和导向装置组成，角度调整装置焊接固定在型钢框架上，位置位于活动钢板两侧下方，导向装置与角度调整装置通过两个螺栓连接；角度调整装置为厚30mm的正方形钢板，角度调整装置的两个对角分别设有一组螺孔，通过不同的两点螺孔确定一条直线的原理进行角度控制；所述导向装置由一块形状为中空矩形体的钢筒和可在钢筒中滑动的钢材质的滑块组成；钢筒侧面设有两个螺孔，以两个螺栓插销固定连接在角度调整装置的螺孔上，滑块上端与活动钢板下表面铰接固定，钢筒用于使滑块形成向上的轨迹，约束了活动钢板的抬升角度和轨迹。

全文数据：一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置技术领域本发明涉及地震模拟试验技术领域，特别涉及一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置。背景技术强震地表破裂效应是在地震断层错动作用下破裂带传播至地表，并对地表及附近建筑结构物造成破坏甚至倒塌的现象。断层错动会引起上覆土层发生变形，土层的变形势必会对建在其上的建构筑物的地基基础的稳定性造成威胁，建筑物对此需进行避让或抗断裂设计。因此，进行断层错动引起上覆土层破裂发展和断层附近建筑物基础破坏机理的研究就有重要工程实际价值和科学意义。其中模型试验是一种重要的研究手段。目前，常见的模拟断层错动的试验装置主要是以小型伺服电机为加载装置，存在各自的技术缺陷：1模拟箱体底部的加载装置负荷功率较小，无法较好的完成大尺寸、大规模的断层试验；2很难在技术上实现模型箱体在加载过程中平衡、均匀的错动，这样就会造成试验结果精度较低；3较多的试验模拟箱体均为小尺寸，无法较好地再现断层错动下上覆土体真实的破裂情况。发明内容本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，解决了现有技术中存在的缺陷。为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，包括：反力地板、土体箱、型钢框架、限制装置和作动器；土体箱为矩形体容器，用于装土；土体箱固定在型钢框架上，型钢框架底部固定在反力地板之上；土体箱的底板分为活动钢板和固定钢板两部分；活动钢板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，避免加载过程中土的掉落。作动器设置在型钢框架内，土体箱下，作动器底部固定在反力地板上，顶部接触活动钢板下表面的中间部分；活动钢板在作动器的推动下起到承接土体及推动土体的作用。活动钢板两侧分别设置一个限制装置，限制装置用于约束活动钢板被作动器升顶时，以一定角度和轨迹抬升，以此模拟地震中逆断层上盘土体的抬升。进一步地，限制装置由角度调整装置和导向装置组成，角度调整装置焊接固定在型钢框架上，位置位于活动钢板两侧下方，导向装置与角度调整装置通过两个螺栓连接。角度调整装置为厚30mm的正方形钢板，角度调整装置的两个对角分别设有一组螺孔，通过不同的两点螺孔确定一条直线的原理进行角度控制。所述导向装置由一块形状为中空矩形体的钢筒和可在钢筒中滑动的钢材质的滑块组成。钢筒侧面设有两个螺孔，以两个螺栓插销固定连接在角度调整装置的螺孔上，滑块的上端与活动钢板下表面铰接固定，钢筒用于使滑块形成向上的轨迹，约束了活动钢板的抬升角度和轨迹。与现有技术相比，本发明的优点在于：可活动钢板能够在导向装置的约束下同步水平以一定角度上升，误差在可控范围以内。试验现象明显，可操作可重复强，实验结果与以往研究及经验实际相符。利用本装置进行大量工况的试验及数据分析，可对逆断层附近土体变形尤其是建筑物的破坏现象及机理有一定深入的研究，可对强震破裂区的建筑物避让及抗断裂设计施工提供依据，减少人员伤亡和财产损失。附图说明图1是本发明实施例试验装置的结构示意图；图2是本发明实施例土体箱的俯视图；图3是本发明实施例限制装置的结构示意图；图4是本发明实施例角度调整装置的结构示意图；图5是本发明实施例钢筒的主视图；图6是本发明实施例钢筒的俯视图。附图标记说明：1为土体箱，2为型钢框架,3为限制装置，4为作动器，5为可活动钢板,6为固定钢板，7为角度调整装置,8为导向装置,9为钢筒,10为滑块。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。如图1、2所示，一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，包括：反力地板、土体箱1、型钢框架2、限制装置3和作动器4组成，土体箱1为矩形体容器，用于装土；土体箱1固定在型钢框架2上，型钢框架2底部固定在反力地板之上；土体箱1的底板分为活动钢板5和固定钢板6两部分；活动钢板5的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，避免加载过程中土的掉落。作动器4设置在型钢框架2内，土体箱1下，作动器4底部固定在反力地板上，顶部接触活动钢板5下表面的中间部分；活动钢板5在作动器4的推动下起到承接土体及推动土体的作用。活动钢板5两侧分别设置一个限制装置3，限制装置3用于约束活动钢板5被作动器4以一定角度固定位置抬升。以此模拟地震中逆断层上盘土体的抬升。所述土体箱1两侧是15mm厚的钢板，正视侧面为12mm厚的双层有机玻璃及8mm厚的80mm方钢管支撑。如图3所示，限制装置3由角度调整装置7和导向装置8组成，角度调整装置7焊接固定在型钢框架2上，位置位于活动钢板5两侧下方，导向装置8与角度调整装置7通过两个螺栓连接。如图4所示，角度调整装置7为厚30mm的正方形钢板，角度调整装置7的两个对角分别设有一组螺孔，通过不同的两点螺孔确定一条直线的原理进行角度控制，本实施例一组有四个螺孔，实现30°、45°、60°、75°的角度变化。如图5、6所示，所述导向装置8由一块形状为中空矩形体的钢筒9和可在钢筒9中滑动的钢材质的滑块10组成。钢筒9侧面设有两个螺孔，以两个螺栓插销固定连接在角度调整装置7的螺孔上，滑块10的上端与活动钢板5下表面铰接固定，钢筒9用于使滑块10形成向上的轨迹，约束了活动钢板5的抬升角度和轨迹。本发明所述试验装置的试验流程如下：在土体箱3中分层装入粘土，并分层夯实，按照既定试验方案在土中不同位置埋入土压力计，加速度计等传感器；并可在土体上方表面放置位移传感器等。调整作动器4与试验要求角度相同并保持一致。试验开始时通过控制作动器4以设定速率顶升，作动器4顶升活动钢板5，活动钢板5在导向装置8的约束下以设定速率推升土层。以数据采集系统记录顶升过程中各个传感器的变化数据；并对实验现象进行观察分析。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，其特征在于，包括：反力地板、土体箱、型钢框架、限制装置和作动器；土体箱为矩形体容器，用于装土；土体箱固定在型钢框架上，型钢框架底部固定在反力地板之上；土体箱的底板分为活动钢板和固定钢板两部分；活动钢板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，避免加载过程中土的掉落；作动器设置在型钢框架内，土体箱下，作动器底部固定在反力地板上，顶部接触活动钢板下表面的中间部分；活动钢板在作动器的推动下起到承接土体及推动土体的作用；活动钢板两侧分别设置一个限制装置，限制装置用于约束活动钢板被作动器升顶时，以一定角度和轨迹抬升，以此模拟地震中逆断层上盘土体的抬升。2.根据权利要求1所述的一种模拟地震下逆断层地表破裂变形的试验装置，其特征在于：限制装置由角度调整装置和导向装置组成，角度调整装置焊接固定在型钢框架上，位置位于活动钢板两侧下方，导向装置与角度调整装置通过两个螺栓连接；角度调整装置为厚30mm的正方形钢板，角度调整装置的两个对角分别设有一组螺孔，通过不同的两点螺孔确定一条直线的原理进行角度控制；所述导向装置由一块形状为中空矩形体的钢筒和可在钢筒中滑动的钢材质的滑块组成；钢筒侧面设有两个螺孔，以两个螺栓插销固定连接在角度调整装置的螺孔上，滑块上端与活动钢板下表面铰接固定，钢筒用于使滑块形成向上的轨迹，约束了活动钢板的抬升角度和轨迹。

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