一种振动台叠层剪切试验土箱的顶部加载系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多层剪切土箱的顶部加载系统，涉及振动台剪切试验和剪切型模型土箱，特别是公开一种振动台叠层剪切试验多层剪切土箱的顶部加载系统。
【背景技术】
[0002]对于现有的剪切模型箱，多层剪切模型土箱被认为是目前较为理想的能提供土体剪切变形条件的模型土箱，通常由若干各自独立的刚制或铝制的矩形或圆形的层状框架拼装而成。层状框架间放置一定数量的滚动轴承，一方面限制竖向和侧向运动，另一方面使得框架间可以在振动方向上相对滑动以模拟土的剪切变形。在振动过程中模型箱层与层之间存在相对运动，对土体有一个剪切作用。
[0003]其他类似的剪切箱如Whitman等提出了一种叠环式模型箱。该土箱由一组相互之间无摩擦的叠环组成，允许土样沿水平方向发生剪切变形，最大限度地限制了边壁处的反射波。模型土箱应该尽可能轻，箱壁与土体之间有适当的摩擦并且在振动过程中不消耗能量。理想情况下，变形完全由土体控制，不受边界影响。此后，层状剪切土箱的研制和应用得到了很大发展。Matsuda等研制了该模型土箱并最早完成了饱和砂土振动台试验研宄。Prasad设计了一个层状剪切土箱，并进行了场地土地震变形特性的振动台试验研宄。伍小平等研制了钢制矩形层状剪切变形土箱，并进行了干砂自由场地振动台试验研宄；凌贤长等利用该土箱进行了自由场地基液化振动台试验研宄。苏栋等研制了铝环叠层剪切模型土箱，并进行了饱和砂土自由场地和饱和砂土层中单粧的离心机振动台试验研宄。Chen等研制了层状模型土箱并开展地下波纹管道的振动台试验研宄。刘光磊研制了一种用于离心机振动台实验的高强铝合金叠环式模型土箱，进行了地铁地下结构的离心机振动台试验研宄。史晓军研制了可在相互垂直的两个方向上满足剪切变形的层状模型土箱，并对地下综合管廊进行了非一致激励振动台模型试验研宄。剪切型模型土箱在振动方向能够较好地模拟土体的边界条件，能较真实地反映土体的剪切变形特征。
[0004]至于竖向加载的剪切模型箱而言，有一个共同特点就是顶部自由，这对于模拟具有自由上表面的土体或土一结构相互作用是适宜的。
[0005]但当需要测试埋置于一定深度的土体的抗剪强度时，若仍然仅采用现有自由顶面剪切箱，在动力荷载作用过程中，竖向应力太小，尤其在浅层，竖向应力几乎为零。则土体在水平剪切荷载作用下，将会出现斜向破裂面，浅层土体发生向上抛射等破坏。浅层土体抛射后，对下部土体的重力作用减弱，进一步降低了深层土体的竖向应力水平，使深部土体出现斜向破裂面。尤其当动力荷载水平较高时，这种抛射破坏的影响深度会进一步增加。当剪切箱中出现这些斜向破裂面时，土体的动力响应机制与实际滑坡的滑面变形破坏模式就有较大的区别，势必影响到动力加载影响下土体剪切强度的测试效果。
[0006]鉴于目前土工振动台剪切试验的不准确性和复杂性，因其在测试埋置于一定深度的土体的抗剪强度时，土体因上部自由面导致土体出现斜向破裂面，为解决这个问题，需要模拟埋置于一定深度土体的上部受力环境，使实验的破坏机理符合实际水平破坏的设计要求，从而提高土体强度测试可靠性，特提出一种采用弹簧板模拟上部荷载的试验方法，特别是提出一种振动台叠层剪切试验多层剪切土箱的顶部加载系统。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种土工振动台叠层剪切试验多层剪切土箱的顶部加载系统。该顶部加载系统原理简单，可操作性强，能够模拟埋置一定深度的土体上部荷载，使实验的破坏机理符合实际水平破坏的设计要求，从而提高土体强度测试可靠性。
[0008]本实用新型解决技术问题的具体技术方案是:
[0009]一种振动台叠层剪切试验土箱的顶部加载系统，由剪切模型箱和竖向加载机构组成。竖向加载机构具有:顶部钢板I和底部钢板2，顶部钢板I与原剪切模型箱的上口外部同尺寸大小；底部钢板2可沿原剪切模型箱内壁上下滑动；九个中部弹簧5立于底部钢板2上，在顶部钢板I和底部钢板2间构成弹性夹层；顶部钢板I的边沿设置有可调节高度螺栓4，可调节长度螺栓通过设置在原剪切模型箱边沿上的螺栓孔而使顶部钢板I立于剪切模型箱3上，通过调节螺栓的高度调节中部弹簧5弹性变形，对下部土体施加需要的均布竖向荷载。
[0010]顶部钢板为一块和模型箱外壁尺寸大小相同、厚度为5mm钢板，钢板厚度不宜过大，避免大质量的钢板在振动时因为惯性过大而将可调节长度螺栓剪坏。在顶板钢板表面用条形角钢加焊横纵交错的加劲肋提高钢板强度防止被下面弹簧的反力顶的变形。
[0011]中部弹簧全部按照一个规格统一订做，然后在试验前先行测出其弹性模量，方便计算施加不同大小的荷载时需要将其压缩的压缩量。
[0012]底部钢板为一块和模型箱内壁尺寸大小大致相同但稍小3-5_、厚度为3_的钢板，尺寸稍小于试验箱内壁尺寸方便安放和取出，同时在上表面按照九宫格的分布定好位置以点焊固定订制的弹簧。
[0013]螺栓旋转固定在剪切模型箱上已经开好的四个螺栓孔径中，这样可以通过其将顶部钢板和剪切模型箱连接起来，用通过螺栓向下拧的螺母向下固定顶部钢板以压缩弹簧来施加竖向荷载。精确控制可调整螺栓的长度，使中部弹簧产生需要的压缩量，从而对底部钢板产生压缩，钢板对下部土体产生均布的竖向荷载，达到顶部施加竖向荷载的目的，模拟出试验土体的上部荷载。
[0014]土压力盒6在实验时埋入土体内，土压力盒为一标准规格的土压力盒，用于检测反馈加载的均布荷载是否与试验计划加载的一致。
[0015]本实用新型的优点
[0016]本实用新型用于土工振动台叠层剪切试验时模拟埋置于一定深度的土体上部荷载，与