一种研究液化土体侧向流滑特性的试验系统的制作方法
一种研究液化土体侧向流滑特性的试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及±木工程技术领域，具体为一种试验系统。
【背景技术】
[0002] 地震过程中饱和砂±液化诱发的侧向流滑是常见的地震破坏现象之一。该侧向流 滑是造成液化区内公路、铁路、房屋、桥梁、堤防、渠道、水利设施、地下管道、油井等震害破 坏的最主要原因之一。美国NRCOJationalResearchCouncil)指出；侧向流滑是具有强大 破坏性和普遍性的一种液化破坏形式，且由此造成的损失要比液化引起的其它地面破坏损 失大得多。因此，对于液化±体侧向流滑的相关研究变得尤为重要。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的技术目的提供一种试验系统，可用于研究液化±体侧向流滑特性。 为实现上述技术目的，本实用新型公开的技术方案为：
[0004] 一种研究液化±体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于，包括控制平台、伺服控 制及数据采集系统、动力加载系统、±箱、侧向变形测试系统W及工作台：
[0005] 所述工作台上铺设有沿左右方向延伸的导轨，一块支撑台板通过滑块安装在所述 轨道上，可沿导轨滑动，±箱设置在所述支撑台板上，±箱与支撑台板之间设有控制±箱倾 角的角度调整机构；
[0006] 所述侧向变形测试系统包括放置在±箱内的一组叠摄块体，且针对每个块体对应 设有一个位移传感器，上、下相邻块体之间通过滑动结构连接，使相邻块体可左右相对滑 动；在左右方向上，所述块体的一侧各自通过一弹黃与±箱一侧壁连接，块体组的另一侧与 ±箱的另一侧壁之间的空间作为±体容腔；
[0007] 伺服控制及数据采集系统与所述控制平台连接，动力加载系统与所述伺服控制及 数据采集系统连接，动力加载系统的动力输出端通过连接结构与所述支撑台板连接。
[000引进一步的，所述角度调整机构包括设置在±箱与支撑台板之间的若干可升降支 柱，方便操作者根据试验需要自动调节±箱的倾斜角度，模拟不同的倾斜场地。或者，直接 通过不同高度的支柱将±箱按照预设倾角倾斜的设置在所述支撑台板上，后期可通过手动 更换支柱改变±箱倾角。
[0009] 进一步的，叠摄块体与±体的接触面之间设有權皱的橡胶膜，一方面防止液体从 块体缝隙之间流出，另一方面由于權皱部的存在，權皱橡胶膜的橡胶膜延性较大，对各块体 相互独立运动产生的影响极低，提高获得试验结果的精准度。
[0010] 所述橡胶膜可通过局部连接的方式固定在块体上，且与不同块体的连接点之间均 留有为非连接区的權皱部。
[0011] 进一步的，所述动力加载系统位于支撑台板的左侧或右侧，工作台在支撑台板的 另一侧安装有挡住支撑台板的限位装置，防止支撑台板在振动中脱轨。
[0012] 采用本实用新型系统测试±体的电阻率时，可在上述方案的基础上，进一步设置 电阻率测试系统，所述电阻率测试系统与所述伺服控制及数据采集系统连接，且优选采用 四极法测试上述试验±体的电阻率，测试时，将探针按四极法排布在所述±箱内。
[0013] 本实用新型中所述的"左"、"右"仅作为系统内部的相对参照，其所指示的方位会 随着操作者所在的位置发生变化。
[0014] 本实用新型通过控制平台来控制动力加载系统，可使±箱发生水平振动，W模拟 水平地震作用，±箱内放置的饱和砂±在振动作用下发生液化，其状态从固态向液体转变， 同时发生相应的侧向流滑变形。当±体发生侧向流滑时，由于不同位置的±压力不同，对各 块体的作用力也不同，块体会发生相应的位移，再通过位移传感器测出不同块体位置的侧 向变形，可计算出震动中±体的侧向作用力，得出液化±体侧向变形和侧向力的分布规律。 电阻率测试系统可测出±体状态从固态向液体转变过程中电阻率的变化，根据侧向变形和 电阻率分析，可得出液化上体侧向流滑的进一步特性。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图；
[0016] 图2为图1实施例的局部结构示意图；
[0017] 图3为图1实施例的侧向变形测试系统的局部结构示意图；
[001引图4为图1实施例的局部结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 为了阐明本实用新型的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本实 用新型做进一步的介绍。
[0020] 如图1至图4所示的一种研究液化±体侧向流滑特性的试验系统，包括控制平台 1、伺服控制及数据采集系统2、动力加载系统4、±箱10、侧向变形测试系统8、电阻率测试 系统、气压供应系统6W及工作台，所述控制平台1可采用电脑终端。
[0021] 所述工作台上铺设有沿左右方向延伸的导轨，一支撑台板14通过左右两滑块 15, 16安装在所述工作台上。所述支撑台板14上设有可升降的支柱12、支柱13和支柱14， 上箱10倾斜的固定在所述支柱上，如图1、图2所示。
[0022] 所述侧向变形测试系统8包括多个块体803W及对应每个块体配置的弹黃801和 位移传感器802。所述块体803上下叠摄在一起，相邻块体803之间通过滑轨804连接，使 相邻块体可在左右方向上相对滑动。如图2所述，各块体803均通过位于其左侧的弹黃801 与±箱左侧壁连接，块体组的右侧与±箱10的右侧壁之间的空间盛装试验±体。所述弹黃 用于模拟±体反力，弹黃的弹性系数即相当于±体的反力系数。
[0023] 叠摄块体与±体的接触面之间设置有權皱的橡胶膜，所述橡胶膜采用局部连接的 方式固定在各块体的侧面上，不同块体的连接点之间均留有为非连接区的權皱部。当±体 发生侧向流滑时，块体803的左侧通过弹黃801顶压在箱体10的侧壁上，橡胶膜非连接区 的權皱部随着±体流动延展开，并不会影响到各块体803的相对运动，且能够防止液体进 入块体之间的缝隙里。 所述橡胶膜也可通过设计进一步密封块体与±箱侧壁之间的缝隙。 另外通过调整块体803尺寸大小可模拟±体分层厚度，通过改变弹黃弹性系数可模拟不同 ±体的侧向变形。
[0024] 所述伺服控制及数据采集系统2与所述控制平台1连接，动力加载系统4与所述 伺服控制及数据采集系统2连接，气压供应系统与所述动力加载系统4连接，作为动力加载 系统4工作的原动力。配置在所述块体上的位移传感器802分别通过信号调理及转换器3 与伺服控制及数据采集系统2连接。
[0025] 如图1、图2所示，动力加载系统4安装在所述工作台上，位于支撑台板14的左侧， 通过安装支座5固定，其动力输出轴通过摇臂7与所述支撑台板14连接，根据控制平台1 输出的指令带动支撑平台14在导轨上动作，模拟水平震动。工作台在支撑台板14的右侧 还设有防止支撑台板14脱轨的限位装置17。
[0026] 由于饱和砂±在振动作用下发生液化，其状态从固态向液体转变，为了解该一过 程中±体性质的转变过程，将电阻率测试系统的探针设置在±箱10里，采用四极法测量± 体电阻率，其接线如图4所示，相邻电极之间间距为a。
[0027] 由外侧电极Ci、C2通入电流I，则Ci、C2电极使Pi、P2电极上出现的电压分别为：
[0030] 而两极间的电位差为
[0033] 式中P-±体电阻率，Q?m;
[0034] a-电极间的距离，m;
[003引 U-PiA点的实测电压，V;
[0036] Rg-实测±体电阻，Q。
[0037] 由上式可知，当a己知时，测量Pi、P巧极间的电压和流过的电流，即可算出±体的 电阻率。
[003引在本实施例中，通过侧向变形测试系统8可测出±体侧向流滑所产生的变形，电 阻率测试系统可测出±体状态从固态向液体转变过程中电阻率的变化，根据侧向变形和电 阻率分析，从而可得出液化上体侧向流滑特性。
[0039] W上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物 界定。
【主权项】
1. 一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于，包括控制平台（I)、伺服 控制及数据采集系统（2)、动力加载系统（4)、土箱（10)、侧向变形测试系统（8)以及工作 台： 所述工作台上铺设有沿左右方向延伸的导轨，一块支撑台板（14)通过滑块（15, 16)安 装在所述导轨上，土箱（10)设置在所述支撑台板（14)上，土箱（10)与支撑台板（14)之间 设有控制土箱倾角的角度调整机构； 所述侧向变形测试系统包括放置在土箱（10)内的一组叠摞块体（803)，且针对每个块 体（803)对应设有一采集其位移数据的位移传感器（802)，上、下相邻块体（803)之间通过 滑动结构连接，使相邻块体可左右相对滑动；在左右方向上，所述块体（803)的一侧各自通 过一弹簧（801)与土箱一侧壁连接，块体组的另一侧与土箱（10)的另一侧壁之间的空间作 为土体容腔； 伺服控制及数据采集系统（2)与所述控制平台（1)连接，动力加载系统（4)与所述伺 服控制及数据采集系统（2)连接，动力加载系统（4)的动力输出端通过连接结构与所述支 撑台板（14)连接。2. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述角度调整机构包括设置在土箱（10)与支撑台板（14)之间的若干可升降支柱。3. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述角度调整机构包括若干不同高度的支柱，将土箱（10)按照预设倾角倾斜的设置在所 述支撑台板（14)上。4. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 叠摞块体与土体的接触面之间设有挡住块体缝隙的褶皱的橡胶膜。5. 根据权利要求4所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述橡胶膜通过局部连接的方式固定在块体（803)上，且与不同块体的连接点之间均留有 为非连接区的褶皱部。6. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述动力加载系统（4)位于支撑台板（14)的左侧或右侧，工作台在支撑台板（14)的另一 侧安装有挡住支撑台板（14)的限位装置（17)。7. 根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验 系统，其特征在于，设有电阻率测试系统，所述电阻率测试系统与所述伺服控制及数据采集 系统⑵连接。8. 根据权利要求7所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述电阻率测试系统的探针按四极法排布在所述土箱内。
【专利摘要】一种研究液化土体侧向流滑特性的试验系统，包括控制平台、伺服控制及数据采集系统、动力加载系统、土箱、侧向变形测试系统以及工作台，所述工作台上设有放置土箱的支撑台板，伺服控制及数据采集系统与所述控制平台连接，动力加载系统与所述伺服控制及数据采集系统连接，动力加载系统的动力输出端通过连接结构与所述支撑台板连接。本实用新型侧向变形测试系统可测出土体侧向流滑所产生的变形，结合电阻率测试系统测出土体从固态向液体转变过程中电阻率的变化，根据侧向变形和电阻率分析可得出液化土体进一步的侧向流滑特性。
【IPC分类】G01N19/00
【公开号】CN204694610
【申请号】CN201520332610
【发明人】左熹, 任艳, 倪红, 顾荣蓉
【申请人】金陵科技学院
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月21日
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及±木工程技术领域，具体为一种试验系统。
【背景技术】
[0002] 地震过程中饱和砂±液化诱发的侧向流滑是常见的地震破坏现象之一。该侧向流 滑是造成液化区内公路、铁路、房屋、桥梁、堤防、渠道、水利设施、地下管道、油井等震害破 坏的最主要原因之一。美国NRCOJationalResearchCouncil)指出；侧向流滑是具有强大 破坏性和普遍性的一种液化破坏形式，且由此造成的损失要比液化引起的其它地面破坏损 失大得多。因此，对于液化±体侧向流滑的相关研究变得尤为重要。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的技术目的提供一种试验系统，可用于研究液化±体侧向流滑特性。 为实现上述技术目的，本实用新型公开的技术方案为：
[0004] 一种研究液化±体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于，包括控制平台、伺服控 制及数据采集系统、动力加载系统、±箱、侧向变形测试系统W及工作台：
[0005] 所述工作台上铺设有沿左右方向延伸的导轨，一块支撑台板通过滑块安装在所述 轨道上，可沿导轨滑动，±箱设置在所述支撑台板上，±箱与支撑台板之间设有控制±箱倾 角的角度调整机构；
[0006] 所述侧向变形测试系统包括放置在±箱内的一组叠摄块体，且针对每个块体对应 设有一个位移传感器，上、下相邻块体之间通过滑动结构连接，使相邻块体可左右相对滑 动；在左右方向上，所述块体的一侧各自通过一弹黃与±箱一侧壁连接，块体组的另一侧与 ±箱的另一侧壁之间的空间作为±体容腔；
[0007] 伺服控制及数据采集系统与所述控制平台连接，动力加载系统与所述伺服控制及 数据采集系统连接，动力加载系统的动力输出端通过连接结构与所述支撑台板连接。
[000引进一步的，所述角度调整机构包括设置在±箱与支撑台板之间的若干可升降支 柱，方便操作者根据试验需要自动调节±箱的倾斜角度，模拟不同的倾斜场地。或者，直接 通过不同高度的支柱将±箱按照预设倾角倾斜的设置在所述支撑台板上，后期可通过手动 更换支柱改变±箱倾角。
[0009] 进一步的，叠摄块体与±体的接触面之间设有權皱的橡胶膜，一方面防止液体从 块体缝隙之间流出，另一方面由于權皱部的存在，權皱橡胶膜的橡胶膜延性较大，对各块体 相互独立运动产生的影响极低，提高获得试验结果的精准度。
[0010] 所述橡胶膜可通过局部连接的方式固定在块体上，且与不同块体的连接点之间均 留有为非连接区的權皱部。
[0011] 进一步的，所述动力加载系统位于支撑台板的左侧或右侧，工作台在支撑台板的 另一侧安装有挡住支撑台板的限位装置，防止支撑台板在振动中脱轨。
[0012] 采用本实用新型系统测试±体的电阻率时，可在上述方案的基础上，进一步设置 电阻率测试系统，所述电阻率测试系统与所述伺服控制及数据采集系统连接，且优选采用 四极法测试上述试验±体的电阻率，测试时，将探针按四极法排布在所述±箱内。
[0013] 本实用新型中所述的"左"、"右"仅作为系统内部的相对参照，其所指示的方位会 随着操作者所在的位置发生变化。
[0014] 本实用新型通过控制平台来控制动力加载系统，可使±箱发生水平振动，W模拟 水平地震作用，±箱内放置的饱和砂±在振动作用下发生液化，其状态从固态向液体转变， 同时发生相应的侧向流滑变形。当±体发生侧向流滑时，由于不同位置的±压力不同，对各 块体的作用力也不同，块体会发生相应的位移，再通过位移传感器测出不同块体位置的侧 向变形，可计算出震动中±体的侧向作用力，得出液化±体侧向变形和侧向力的分布规律。 电阻率测试系统可测出±体状态从固态向液体转变过程中电阻率的变化，根据侧向变形和 电阻率分析，可得出液化上体侧向流滑的进一步特性。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图；
[0016] 图2为图1实施例的局部结构示意图；
[0017] 图3为图1实施例的侧向变形测试系统的局部结构示意图；
[001引图4为图1实施例的局部结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 为了阐明本实用新型的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本实 用新型做进一步的介绍。
[0020] 如图1至图4所示的一种研究液化±体侧向流滑特性的试验系统，包括控制平台 1、伺服控制及数据采集系统2、动力加载系统4、±箱10、侧向变形测试系统8、电阻率测试 系统、气压供应系统6W及工作台，所述控制平台1可采用电脑终端。
[0021] 所述工作台上铺设有沿左右方向延伸的导轨，一支撑台板14通过左右两滑块 15, 16安装在所述工作台上。所述支撑台板14上设有可升降的支柱12、支柱13和支柱14， 上箱10倾斜的固定在所述支柱上，如图1、图2所示。
[0022] 所述侧向变形测试系统8包括多个块体803W及对应每个块体配置的弹黃801和 位移传感器802。所述块体803上下叠摄在一起，相邻块体803之间通过滑轨804连接，使 相邻块体可在左右方向上相对滑动。如图2所述，各块体803均通过位于其左侧的弹黃801 与±箱左侧壁连接，块体组的右侧与±箱10的右侧壁之间的空间盛装试验±体。所述弹黃 用于模拟±体反力，弹黃的弹性系数即相当于±体的反力系数。
[0023] 叠摄块体与±体的接触面之间设置有權皱的橡胶膜，所述橡胶膜采用局部连接的 方式固定在各块体的侧面上，不同块体的连接点之间均留有为非连接区的權皱部。当±体 发生侧向流滑时，块体803的左侧通过弹黃801顶压在箱体10的侧壁上，橡胶膜非连接区 的權皱部随着±体流动延展开，并不会影响到各块体803的相对运动，且能够防止液体进 入块体之间的缝隙里。 所述橡胶膜也可通过设计进一步密封块体与±箱侧壁之间的缝隙。 另外通过调整块体803尺寸大小可模拟±体分层厚度，通过改变弹黃弹性系数可模拟不同 ±体的侧向变形。
[0024] 所述伺服控制及数据采集系统2与所述控制平台1连接，动力加载系统4与所述 伺服控制及数据采集系统2连接，气压供应系统与所述动力加载系统4连接，作为动力加载 系统4工作的原动力。配置在所述块体上的位移传感器802分别通过信号调理及转换器3 与伺服控制及数据采集系统2连接。
[0025] 如图1、图2所示，动力加载系统4安装在所述工作台上，位于支撑台板14的左侧， 通过安装支座5固定，其动力输出轴通过摇臂7与所述支撑台板14连接，根据控制平台1 输出的指令带动支撑平台14在导轨上动作，模拟水平震动。工作台在支撑台板14的右侧 还设有防止支撑台板14脱轨的限位装置17。
[0026] 由于饱和砂±在振动作用下发生液化，其状态从固态向液体转变，为了解该一过 程中±体性质的转变过程，将电阻率测试系统的探针设置在±箱10里，采用四极法测量± 体电阻率，其接线如图4所示，相邻电极之间间距为a。
[0027] 由外侧电极Ci、C2通入电流I，则Ci、C2电极使Pi、P2电极上出现的电压分别为：
[0030] 而两极间的电位差为
[0033] 式中P-±体电阻率，Q?m;
[0034] a-电极间的距离，m;
[003引 U-PiA点的实测电压，V;
[0036] Rg-实测±体电阻，Q。
[0037] 由上式可知，当a己知时，测量Pi、P巧极间的电压和流过的电流，即可算出±体的 电阻率。
[003引在本实施例中，通过侧向变形测试系统8可测出±体侧向流滑所产生的变形，电 阻率测试系统可测出±体状态从固态向液体转变过程中电阻率的变化，根据侧向变形和电 阻率分析，从而可得出液化上体侧向流滑特性。
[0039] W上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物 界定。
【主权项】
1. 一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于，包括控制平台（I)、伺服 控制及数据采集系统（2)、动力加载系统（4)、土箱（10)、侧向变形测试系统（8)以及工作 台： 所述工作台上铺设有沿左右方向延伸的导轨，一块支撑台板（14)通过滑块（15, 16)安 装在所述导轨上，土箱（10)设置在所述支撑台板（14)上，土箱（10)与支撑台板（14)之间 设有控制土箱倾角的角度调整机构； 所述侧向变形测试系统包括放置在土箱（10)内的一组叠摞块体（803)，且针对每个块 体（803)对应设有一采集其位移数据的位移传感器（802)，上、下相邻块体（803)之间通过 滑动结构连接，使相邻块体可左右相对滑动；在左右方向上，所述块体（803)的一侧各自通 过一弹簧（801)与土箱一侧壁连接，块体组的另一侧与土箱（10)的另一侧壁之间的空间作 为土体容腔； 伺服控制及数据采集系统（2)与所述控制平台（1)连接，动力加载系统（4)与所述伺 服控制及数据采集系统（2)连接，动力加载系统（4)的动力输出端通过连接结构与所述支 撑台板（14)连接。2. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述角度调整机构包括设置在土箱（10)与支撑台板（14)之间的若干可升降支柱。3. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述角度调整机构包括若干不同高度的支柱，将土箱（10)按照预设倾角倾斜的设置在所 述支撑台板（14)上。4. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 叠摞块体与土体的接触面之间设有挡住块体缝隙的褶皱的橡胶膜。5. 根据权利要求4所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述橡胶膜通过局部连接的方式固定在块体（803)上，且与不同块体的连接点之间均留有 为非连接区的褶皱部。6. 根据权利要求1所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述动力加载系统（4)位于支撑台板（14)的左侧或右侧，工作台在支撑台板（14)的另一 侧安装有挡住支撑台板（14)的限位装置（17)。7. 根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验 系统，其特征在于，设有电阻率测试系统，所述电阻率测试系统与所述伺服控制及数据采集 系统⑵连接。8. 根据权利要求7所述的一种研宄液化土体侧向流滑特性的试验系统，其特征在于， 所述电阻率测试系统的探针按四极法排布在所述土箱内。
【专利摘要】一种研究液化土体侧向流滑特性的试验系统，包括控制平台、伺服控制及数据采集系统、动力加载系统、土箱、侧向变形测试系统以及工作台，所述工作台上设有放置土箱的支撑台板，伺服控制及数据采集系统与所述控制平台连接，动力加载系统与所述伺服控制及数据采集系统连接，动力加载系统的动力输出端通过连接结构与所述支撑台板连接。本实用新型侧向变形测试系统可测出土体侧向流滑所产生的变形，结合电阻率测试系统测出土体从固态向液体转变过程中电阻率的变化，根据侧向变形和电阻率分析可得出液化土体进一步的侧向流滑特性。
【IPC分类】G01N19/00
【公开号】CN204694610
【申请号】CN201520332610
【发明人】左熹, 任艳, 倪红, 顾荣蓉
【申请人】金陵科技学院
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月21日
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