一种震动平台

1.本发明涉及岩土工程技术领域，具体而言，涉及一种震动平台。


背景技术：

2.目前地质灾害已严重影响到人类的生存、发展、工程建设乃至休闲活动等方面，而且地质环境复杂多样的特殊性也决定了地质灾害的多样性与区域变异性。滑坡作为地质灾害中最常见的一种，指斜坡上岩土在重力作用为主下，由于受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，改变坡体内一定部位的软弱带(或面)中应力状态，或因水或其他物理、化学作用降低其强度，以及因震动或其他作用破坏其结构，该软弱带在应力大于强度下产生剪切破坏，使软弱带以上的岩土失稳而作整体或几大块沿之向下和向前滑动的自然现象；同时，滑坡也会受多种外界因素耦合诱发，每年发生大量的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，造成交通中断、河道堵塞、村镇掩埋、房屋摧毁、农田破坏，形成巨大的经济和人员损失。
3.目前有用于模拟地震场景的震动平台均只能实现水平方向的摆动或竖直方向的抖动，而不能同时实现水平方向的摆动和竖直方向的抖动，从而使试验过程中模拟出的地震场景与实际的地震场景完全不同，使后期不能准确的对边坡变形过程中土体运动特征和运动状态进行分析，从而使最终分析结果与实际工程中的边坡失稳过程完全不同。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种震动平台，可同时实现水平方向的摆动和竖直方向的抖动，从而模拟地震对震动平台上的设备受到的震动，使后期对边坡变形过程中土体运动特征和运动状态的分析更加准确，从而分析在地震因素影响下的边坡失稳机理。
5.为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种震动平台，包括固定底座、震动底座和安装底座，安装底座上安装需要震动的设备，且安装底座安装在震动底座上，安装底座在震动底座上可水平方向摆动，震动底座安装在固定底座上，固定底座上还安装有驱动震动底座上下抖动的驱动结构。
6.进一步的，所述固定底座上具有多个支撑脚，且震动底座上具有多个钢管，多个支撑脚一一滑动插设在钢管内。
7.进一步的，所述驱动结构包括转动支承在固定底座上的转轴和固定安装在固定底座上的发动机，转轴上安装有凸轮和差速器，震动底座的下表面支撑在凸轮上，且发动机的输出端还安装有与差速器输入端啮合的主动齿轮。
8.进一步的，所述转轴上还安装有驱动齿轮，震动底座上还开设有通槽，且安装底座上还安装有贯穿通槽的拨块，拨块与驱动齿轮啮合；所述震动底座上还安装有驱动安装底座复位的复位机构。
9.进一步的，所述复位机构包括分别安装在安装底座前后两侧的导向块，且至少一个导向块的内侧面与安装底座侧壁之间具有一定间隙，所述导向块与安装底座之间安装有
复位弹簧。
10.进一步的，所述导向块呈“丨”型，且震动底座的其中一侧开设有与导向块对应的缺口。
11.进一步的，所述复位机构还包括分别安装在震动底座前后两侧的导向杆，两个导向块分别滑动套设在两个导向杆上，复位弹簧位于导向块与安装底座之间，且导向杆的延伸端安装有限位螺母。
12.进一步的，震动平台还包括用于测量转轴转速的激光转速仪。
13.进一步的，所述震动装置上还安装有两个可相对运动的限位块，且两个限位块位于用于安装边坡模型的箱体的相对两侧。
14.进一步的，所述限位块为角钢，震动装置上具有t型滑槽，限位块的下方具有与t型滑槽滑动配合的插接块，且限位块上还具有与和锁紧限位块的锁紧螺钉。
15.本发明的有益效果是,
16.1、本发明通过安装底座在震动底座上进行往复运动，并通过驱动结构驱动震动底座进行上下抖动，从而使安装在安装底座上的设备可同时受到水平方向的往复运动和竖直方向的抖动，从而模拟地震对震动平台上的设备受到的震动，使后期对边坡变形过程中土体运动特征和运动状态的分析更加准确，从而分析在地震因素影响下的边坡失稳机理。
17.2、本发明在实际使用过程中，还可通过调节发动机的频率来改变震动的力度大小来模拟不同震级的地震波，从而可分析在不同震级下的滑坡规律。
附图说明
18.图1是本发明提供的震动平台的结构图；
19.图2是驱动结构的安装结构图；
20.图3是震动底座的仰视图；
21.图4是限位块的结构图。
22.附图中标记及相应的零部件名称：
23.1、固定底座，2、震动底座，3、钢管，4、支撑脚，5、转轴，6、发动机，7、主动齿轮，8、差速器，9、凸轮，10、驱动齿轮，11、安装底座，12、通槽，13、拨块，14、导向块，15、导向杆，16、限位螺母，17、复位弹簧，18、缺口，19、限位块，20、t型滑槽，21、插接块，22、锁紧螺钉。
具体实施方式
24.下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
25.如图1至图4所示，本发明提供的一种震动平台，包括固定底座1、震动底座2和安装底座11，安装底座11上用于安装需要震动的设备，而需要震动的设备可以为用于安装边坡模型的箱体或其他结构，且固定底座1、震动底座2和安装底座11由下向上依次排布，震动底座2安装在固定底座1上方，安装底座11安装在震动底座2上方。所述安装底座11在震动底座2上可水平方向摆动，震动底座2在固定底座1上可进行上下抖动，且固定底座1上还安装有驱动结构，驱动结构主要用于驱动震动底座2上下抖动。
26.本发明通过驱动结构驱动固定底座1上下抖动，由于安装底座11安装在固定底座1上，使固定底座1在上下抖动的同时使安装底座11同步上下抖动，从而使最终安装在安装底
座11上的设备同步抖动；同时，通过安装底座11在震动底座2上水平摆动，从而使安装在安装底座11上的设备同步摆动。通过震动底座2的上下抖动与安装底座11的水平摆动共同配合，最终使安装在安装底座11上的设备为可同时在水平方向和垂直方向抖动，使安装底座11的震动与地震的震动相同，从而模拟出地震的震动，使安装在安装底座11上设备受到的震动与地震的震动完全相同。
27.当本发明用于边坡失稳测试中时，可直接将用于安装边坡模型的箱体直接安装在安装底座11上，使安装底座11在水平往复摆动和上下抖动的同时，边坡模型会同步水平往复摆动和上下抖动，使边坡模型受到震动与地震中的震动完全相同，使后期对边坡变形过程中土体运动特征和运动状态的分析更加准确，从而使分析结果与实际工程中的边坡失稳过程完全相同。
28.在一些实施方式中，所述固定底座1上具有多个支撑脚4，支撑脚4至少为两个，多个支撑脚4可沿固定底座1对称排布，多个支撑脚4也可均匀的排布在固定底座1上；同时，震动底座2上还具有多个钢管3，多个钢管3的位置与多个支撑脚4的位置一一对应，且多个支撑脚4一一插设在多个钢管3内，并在受到外力的情况下支撑脚4可在钢管3内进行上下滑动，因此，支撑脚4的形状与钢管3的内径形状相同，且钢管3内壁与支撑脚4外壁间隙配合。通过支撑脚4与钢管3配合，在满足对震动底座2支撑的同时使震动底座2受到驱动结构的驱动后可进行上下运动，在保证震动底座2上下抖动的同时使震动底座2的结构更加稳固。
29.在一些实施方式中，所述驱动结构包括通过两个轴承座转动支承在固定底座1上的转轴5和固定安装在固定底座1上的发动机6，此处，发动机6可采用变频电机，转轴5上可安装有凸轮9和差速器8，差速器8可位于转轴5中部，发动机6的输出轴上安装有主动齿轮7，主动齿轮7与差速器8啮合，使发动机6转动时带动转轴5转动；同时，转轴5上的凸轮9可为一个也可为多个，凸轮9的最大半径大于转轴5与震动底座2之间间距，凸轮9的最小半径小于转轴5与震动底座2之间的间距。当凸轮9转动至最高点时，凸轮9将震动底座2顶起，此时震动底座2位于最高位置，震动底座2支撑在凸轮9上；当凸轮9转动至最低点时，凸轮9失去对震动底座2的支撑，震动底座2通过自身的重力自动向下运动，震动底座2位于最低位置，通过转轴5带动凸轮9持续转动，从而使震动底座2往复上下运动，从而使用于安装边坡模型的箱体受到纵向的震动，从而模拟出地震中的纵波。
30.在一些实施方式中，所述转轴5上还安装有驱动齿轮10，转轴5在转动时，驱动齿轮10随转轴5同步转动；同时，震动底座2上还开设有通槽12，通槽12呈长腰型或矩形，通槽12的长度方向与转轴5的轴线方向水平垂直，且安装底座11上还安装有拨块13，拨块13贯穿通槽12向驱动齿轮10延伸，拨块13的延伸端呈齿状，拨块13的延伸端与驱动齿轮10啮合。此处，驱动齿轮10与拨块13啮合时，震动底座2处于最低位置，即，此时凸轮9未将震动底座2顶起。所述震动底座2上还安装有复位机构，其复位机构主要是用于驱动位移后的安装底座11进行复位。
31.当转轴5上的驱动齿轮10在转动时，驱动齿轮10拨动拨块13，拨块13在被拨动时带动安装底座11同步移动，从而使安装底座11在水平方向产生位移，而安装底座11在移动后，复位机构驱动安装底座11复位，且安装底座11在复位后，当驱动齿轮10与拨块13再次啮合时，驱动齿轮10再次驱动安装底座11移动，从而使安装底座11实现往复运动。通过安装底座11在水平方向的往复运动和垂直方向的往复运动，使用于安装边坡模型的箱体在水平方向
的往复运动和垂直方向的往复运动，从而共同模拟出边坡模型2在地震下的场景，通过对边坡模型2的运动情况进行分析，从而得出边坡在地震过程中的运动情况。
32.在一些实施方式中，所述复位机构包括分别安装在安装底座11前后两侧的导向块14，至少一个导向块14内壁与震动底座2侧壁之间具有一定间距，使安装底座11在震动底座2上可产生相对位移，通过两个导向块14共同配合，在保证安装底座11能往复运动的情况下使两个导向块14分别对安装底座11的两侧进行限位，避免安装底座11在往复运动过程中过度位移。当导向块14内侧壁与震动底座2的侧壁之间具有一定间距时，该间距内安装有复位弹簧17，复位弹簧17的一端与震动底座2抵紧固定，复位弹簧17的另一端与导向块14抵紧固定。当转轴5转动过程中驱动齿轮10拨动拨块13使安装底座11在震动底座2上产生为位移时，复位弹簧17被拉伸或被压缩，当安装底座11产生位移后，由于驱动齿轮10不能继续拨动拨块13，使拨块13失去驱动齿轮10的作用力，此时，通过复位弹簧17自身的弹力，使复位弹簧17在收缩或自动复位时推动安装底座11，使安装底座11自动复位。
33.在一些实施方式中，位于安装底座11前后两侧的导向块14均为“丨”型，此时，震动底座2前侧或震动底座2后侧或震动底座2前后两侧均开设缺口18，导向块14与该缺口18滑动配合，且导向块14内侧面与缺口18底部之间具有一定间隙，复位弹簧17位于缺口18底部与导向块14之间。通过导向块14与缺口18的配合，使安装底座11在震动底座2上需进行往复运动时，导向块14在缺口18内滑动，当导向块14运动中缺口18底部时则不能继续前进，使安装底座11也不能继续前进，从而对安装底座11的位移进行限制。此处，两个导向块14的具体结构还可以为一个导向块14呈“丨”型，另一个导向块14呈“7”型，也可两个导向块14均呈“7”型。当一个导向块14呈“丨”型、另一个导向块14呈“7”型时，呈“7”型的导向块14内壁与震动底座2之间安装复位弹簧17；当两个导向块14均呈“7”型时，可在其中一个导向块14内壁与震动底座2之间安装复位弹簧17，也可两个导向块14内壁与震动底座2之间均安装复位弹簧17。
34.由于本发明中的转轴5在转动时驱动齿轮10和凸轮9均会同步转动，而驱动齿轮10在转动时拨动拨块13使安装底座11在水平方向产生位移，而凸轮9在转动时会将震动底座2顶起，而震动底座2在顶起的同时，安装底座11和用于安装边坡模型的箱体均会同步向上运动，因此，当驱动齿轮10在拨动拨块13后，拨块13不仅会水平方向产生位移远离驱动齿轮10，且拨块13会随震动底座2、安装底座11同步向上运动远离驱动齿轮10，此时，复位弹簧17座在推动安装底座11复位时，拨块13与驱动齿轮10不会发生碰撞，而当震动底座2和安装底座11向下运动时，拨块13再次与驱动齿轮10啮合。
35.在一些实施方式中，所述复位机构还包括分别安装在震动底座2前后两侧的导向杆15，导向杆15的轴线方向与安装底座11的位移方向相同，且复位弹簧17套设在导向杆15上，导向块14上具有与导向杆15滑动配合的通孔，复位弹簧17的一端与震动底座2的侧面抵紧，复位弹簧17的另一端与导向块14抵紧，而导向杆15的延伸端还具有限制导向块14脱离导向杆15的限位螺母16。此处，当安装底座11前后两侧的导向块14均为“丨”型，导向杆15位于缺口18内；同时，震动底座2前后两侧的导向杆15也可以均为多个，当位于震动底座2同一侧的导向杆15为多个时，多个导向杆15间隔排布，此时，复位弹簧17也为多个，多个复位弹簧17分别一一套设在多个导向杆15上，且导向块14上的通孔也为多个。通过导向块14与导向杆15滑动配合，使安装底座11在水平运动时，通导向杆15与导向块14的配合，使安装底座
11只能前后往复运动不能左右运动，避免安装底座11在震动底座2上随意摆动，使安装底座11与震动底座2之间的稳定性得到保证。
36.在一些实施方式中，所述震动装置9中的安装底座11上还安装有两个限位块19，当用于安装边坡模型的箱体安装在安装底座11上后，两个限位块19分别位于用于安装边坡模型的箱体的相对两侧，即两个限位块19可位于用于安装边坡模型的箱体的两个相对面外侧也可位于用于安装边坡模型的箱体的两个对角处；同时，两个限位块19之间的间距可调节，即两个限位块19可相对靠近或相对远离，当两个限位块19靠近时，用于安装边坡模型的箱体被卡紧在两个限位块19之间，使用于安装边坡模型的箱体实现固定，当两个限位块19远离时，限位块19与用于安装边坡模型的箱体失去卡紧，此时可将用于安装边坡模型的箱体从安装底座11上取下。通过两个限位块19共同配合，不仅使用于安装边坡模型的箱体的安装更加方便，且使安装底座11上可安装不同尺寸的用于安装边坡模型的箱体。
37.在一些实施方式中，所述限位块19为角钢，角钢用于对用于安装边坡模型的箱体的直角处进行包覆，且两个角钢对用于安装边坡模型的箱体的两个对角包覆；所述震动装置9中安装底座11上还具有t型滑槽20，t型滑槽20为贯穿通槽12，t型滑槽20的开口宽度小于t型滑槽20的槽底宽度，且t型槽滑的轴线方向与用于安装边坡模型的箱体的对角线方向一致；所述限位块19下端还具有插接块21，插接块21位于限位块19的转角下方，插接块21与t型滑槽20滑动配合，且限位块19上还具有螺纹孔，螺纹孔的上端贯穿限位块19上端面，螺纹孔的下端贯穿插接块21下端面，该螺纹孔内还安装有锁紧螺钉22。通过拧紧锁紧螺钉22，锁紧螺钉22下端抵紧在t型滑槽20槽底，从而使插接块21锁紧固定在t型滑槽20内；当需要调节限位块19的位置时，松动锁紧螺钉22，使锁紧螺钉22下端失去与t型滑槽20槽底的抵紧，插接块21失去锁紧，插接块21在t型滑槽20内可正常滑动。
38.在本实施方式中，限位块19还可直接采用立板结构，此时，限位块19可采用四个，使四个限位块19分别位于用于安装边坡模型的箱体的四个面外侧，此时，t型滑槽20需设置成两个，一个t型滑槽20沿安装底座11的长度方向延伸，另一t型滑槽20沿安装底座11的宽度方向延伸，使两个t型滑槽20呈十字交错排布，其中两个限位块19下端的插接块21分别插设在一个t型滑槽20的两端，另两个限位块19下端的插接块21分别插设在另一个t型滑槽20的两端，通过四个限位块19的共同配合，使四个限位块19分别对用于安装边坡模型的箱体的四个面进行阻挡，从而使用于安装边坡模型的箱体安装在安装底座11上后，用于安装边坡模型的箱体不可在安装底座11上移动，使用于安装边坡模型的箱体实现固定安装。
39.在一些实施方式中，震动平台还包括用于测量转轴5转速的激光转速仪(图中未示出)，具体的，激光转速仪可直接安装在固定底座1上或轴承座上，且转轴5上还安装有与激光转速仪对应的反光纸，反光纸配合激光转速仪对转轴5的转速进行检测，从而得出驱动齿轮10的转速，从而得出震动频率，方便后续记录和计算数据。此处，激光转速仪还可安装在震动装置外侧，而激光转速仪的具体安装位置可根据实际使用情况进行调整。
40.当需要进行边坡失稳试验时，可将安装有边坡模型的箱体放置在安装底座11上，此时松动限位块19上的锁紧螺钉22，通过t型滑槽20与插接块21的配合，使限位块19沿t型滑槽20滑动，并逐渐靠近用于安装边坡模型的箱体，当限位块19抵紧用于安装边坡模型的箱体外壁时，拧紧锁紧螺钉22，螺钉的下端抵紧在t型滑槽20槽底上，使限位块19与安装底座11锁紧固定；通过多个限位块19共同对用于安装边坡模型的箱体外壁抵紧，使用于安装
边坡模型的箱体被固定在安装底座11上。
41.当需要模拟地震场景时，启动发动机6，发动机6驱动主动齿轮7转动，通过主动齿轮7与差速器8输入端的啮合，使差速器8转动，差速器8在转动时，带动转轴5转动，使转轴5上的凸轮9和驱动齿轮10同步转动，凸轮9在转动的同时，当凸轮9的凸起部逐渐靠近震动底座2时，凸轮9将震动底座2逐渐顶起，使震动底座2向上运动，从而使安装底座11、用于安装边坡模型的箱体均被顶起，随着凸轮9的继续转动，凸轮9的凸起部逐渐远离震动底座2，震动底座2、安装底座11和用于安装边坡模型的箱体则通过自身的重力自动向下运动，使震动底座2、安装底座11和用于安装边坡模型的箱体实现上下震。
42.而在驱动齿轮10转动的同时，随着驱动齿轮10的转动，驱动齿轮10拨动拨块13，使拨块13沿通槽12移动，拨块13在移动的同时带动安装底座11在震动底座2上前进，安装底座11在前进时，导向块14沿导向杆15滑动，复位弹簧17被压缩，当拨块13在带动安装底座11前进的过程中，不仅拨块13失去与驱动齿轮10的啮合，使拨块13与驱动齿轮10在水平方向具有一定间距，且由于凸轮9对震动底座2的顶起，使拨块13与驱动齿轮10在垂直方向也具有一定间距，从而使拨块13失去驱动齿轮10的作用力，此时复位弹簧17通过自身的弹力推动安装底座11复位，使安装底座11在震动底座2上实现往复运动，安装底座11在左右往复运动的同时，用于安装边坡模型的箱体随安装底座11同步进行往复运动，从而使安装在用于安装边坡模型的箱体内的边坡模型2实现水平往复运动。
43.通过边坡模型2水平往复运动和上下震动共同配合，从而模拟出边坡模型2受到地震横波和地震纵波。
44.在本发明中，当震动装置9在模拟地震环境时，震动装置9的激振力计算方式如下：
45.f＝(m0+m1+m2+
……
)a。
46.式中：f—激振力(n)；m0—振动装置9运动部分有效质量(kg)；m1—震动底座902和安装底座911台面质量(kg)；m2—试件(例如夹具、安装螺钉等)质量(kg)；m0+m1+m2+
……
为本发明上所有物体总重量(包括后期安装在安装底座911上的设备等)；a—试验加速度(m/s2)。
47.其中，a＝ωv；其中，v—试验速度；ω是角速度。
48.其中，ω＝2πf；其中，π—圆周率；f为试验频率。
49.其中，n2＝z1/z2*n1；其中，n2—差速器8副齿轮(带动横向振动)转速；n1—差速器8主齿轮(发动机所带齿轮)转速；z1—差速器8主齿轮齿数；z2—差速器8副齿轮齿数。
50.同时，本发明中的驱动齿轮10应力循环次数的计算公式为：
51.n1＝60njlh
52.式中：n—转速；j—转一周驱动齿轮10与拨块13的啮合次数；lh—工作时间。
53.本发明不仅可在边坡失稳试验中用于安装边坡模型的箱体，本发明还可用作普通震动平台使用，此时安装底座上可用于安装震动筛的筛分箱体等其他需要震动使用设备。
54.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。