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一种地层抗力作用特性模拟试验部件

阅读：592发布：2023-01-18

专利汇可以提供一种地层抗力作用特性模拟试验部件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种地层抗力作用特性模拟试验部件，包括螺杆组件、模拟弹簧和接触端头组件，所述的螺杆组件包括螺杆芯筒、螺杆套筒和加载杆，所述的螺杆芯筒从螺杆套筒的后端伸入螺杆套筒内，螺杆芯筒与螺杆套筒上均设有弹簧垫片，所述的模拟弹簧套设于两弹簧垫片之间，所述的螺杆套筒的前端通过加载杆连接接触端头组件。与现有技术相比，本发明利用不同弹簧模拟地层抗力，不仅可以较为真实地反映不同地层对地下建筑结构的作用特性，而且可以避免将地下建筑结构埋置于土体内所带来试验的复杂性。，下面是一种地层抗力作用特性模拟试验部件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种地层抗力作用特性模拟试验部件，其特征在于，包括螺杆组件、模拟弹簧和接触端头组件，所述的螺杆组件包括螺杆芯筒、螺杆套筒和加载杆，所述的螺杆芯筒从螺杆套筒的一端伸入螺杆套筒内，螺杆芯筒与螺杆套筒上均设有弹簧垫片，所述的模拟弹簧设在两弹簧垫片之间，所述的螺杆套筒的另一端通过加载杆连接接触端头组件。
2.根据权利要求1所述的一种地层抗力作用特性模拟试验部件，其特征在于，所述的模拟弹簧的刚度参数K通过以下公式得到：
K＝k×A
其中k表示地层的抗力特性参数或弹性地基基床系数，通过现场原位试验、地区经验公式以及地区经验值确定，A表示单个地层抗力作用模拟弹簧所需模拟的地层面积，通过模型试验中模拟弹簧的布置间距确定。
3.根据权利要求1所述的一种地层抗力作用特性模拟试验部件，其特征在于，所述的螺杆芯筒和螺杆套筒上均设有用于调整弹簧垫片位置的定位螺母。
4.根据权利要求1所述的一种地层抗力作用特性模拟试验部件，其特征在于，所述的接触端头组件包括钢板和木块，钢板和木块通过螺钉连接。
5.根据权利要求4所述的一种地层抗力作用特性模拟试验部件，其特征在于，所述的木块为用于隧道结构模型试验的弧形凹口木块或用于地下连续墙结构模型试验、弹性地基梁结构模型试验的长方体木块。
6.根据权利要求4所述的一种地层抗力作用特性模拟试验部件，其特征在于，所述的钢板和螺杆套筒上均设有连接螺母，加载杆通过连接螺母连接钢板和螺杆套筒。

说明书全文

一种地层抗力作用特性模拟试验部件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种地下建筑结构试验模型，尤其是涉及一种地层抗力作用特性模拟试验部件。

背景技术

[0002] 随着国民经济的飞速发展，高速公路、水电、城市地铁、铁路、矿山、国防建设、市政交通以及地下商业建筑等都有了很大的发展，因此，各种形式的地下建筑结构越来越多。由于地下建筑结构所处的环境条件与上部建筑结构有本质的区别，但长期以来大多沿用适用于地面工程的理论和方法解决地下建筑结构问题，因而常常不能准确地描述地下建筑结构中出现的各种力学行为。考虑到地下建筑结构周边环境的特殊性，针对地下建筑结构设计出现了地层结构法与荷载结构法，然而这两种方法在解决地下建筑结构问题时各有利弊，因此，目前地下建筑结构问题的解决在很大程度上依然依赖于室内模型试验。传统地下建筑结构模型试验试验中通常将地下结构埋置于土箱内，考虑到土体的特殊性，使得传统地下建筑结构模型试验往往存在试验可重复性差、数据采集困难以及试验周期长等问题，因此，如何优化地下建筑结构模型试验具有重大工程意义。

发明内容

[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种地层抗力作用特性模拟试验部件，该装置不仅可以较为真实地反映地层对地下建筑结构的作用特性，而且可以避免将地下建筑结构埋置于土体内所带来试验的复杂性。

[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种地层抗力作用特性模拟试验部件，包括螺杆组件、模拟弹簧和接触端头组件，所述的螺杆组件包括螺杆芯筒、螺杆套筒和加载杆，所述的螺杆芯筒从螺杆套筒的后端伸入螺杆套筒内，螺杆芯筒与螺杆套筒上均设有弹簧垫片，所述的模拟弹簧套设于两弹簧垫片之间，所述的螺杆套筒的前端通过加载杆连接接触端头组件。

[0005] 所述的模拟弹簧的刚度参数K(单位：kN/m)通过以下公式得到：

[0006] K＝k×A

[0007] 其中k(单位：kN/m3)表示地层的抗力特性参数或弹性地基基床系数，通过现场原2
位试验、地区经验公式以及地区经验值确定，A(单位：m)表示单个地层抗力作用模拟弹簧所需模拟的地层面积，通过模型试验中模拟弹簧的布置间距确定。

[0008] 所述的螺杆芯筒和螺杆套筒上均设有用于调整弹簧垫片位置的定位螺母，通过对定位螺母在螺杆芯筒与螺杆套筒上的位置进行调整，使螺杆组件可以适用于不同刚度参数的模拟弹簧。

[0009] 所述的接触端头组件包括钢板和木块，钢板和木块通过螺钉连接。

[0010] 所述的木块包括用于隧道结构模型试验的弧形凹口木块或用于地下连续墙结构模型试验、弹性地基梁结构模型试验的长方体木块。

[0011] 所述的钢板和螺杆套筒上均设有连接螺母，加载杆通过所述连接螺母连接钢板和螺杆套筒。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0013] 1.改变了传统地下建筑结构模型试验中将地下建筑结构模型埋置于岩土体中的思想，从而保证了地下建筑结构模型试验过程可以采集到更多、更准确的力学性能数据、变形性能数据。

[0014] 2.采用相应刚度的弹簧模拟地层对地下建筑结构的抗力特性，使得模型试验过程中可以轻易实现对复杂地层的模拟，并进而研究复杂地层对地下建筑结构力学性能影响机理。

[0015] 3.模型试验过程中由于不需反复的填土、出土工作，使得地下建筑结构模型试验周期极大地缩短，试验环境大为改善，提高了试验效益，并可以在试验过程中的及时修正部分试验参数。

[0016] 4.采用本发明的试验模型以及试验原理可以使得地下建筑结构模型试验相对以往庞大的土箱试验装置系统，装拆更为方便快速，试验占地空间更小，并能适应不同几何尺寸的模型试验要求。附图说明

[0017] 图1为本发明实施例1的结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例1的分解示意图；

[0019] 图3为本发明实施例1应用于隧道纵向结构模型试验的结构示意图；

[0020] 图4为图3中A-A的剖视图；

[0021] 图5为本发明实施例2的结构示意图；

[0022] 图6为本发明实施例2的分解示意图；

[0023] 图7为本发明实施例2应用于隧道横向结构模型试验的结构示意图；

[0024] 图8为图7中B-B的剖视图；

[0025] 图9为本发明实施例2应用于地下连续墙结构模型试验的结构示意图；

[0026] 图10为图9中C-C的剖视图；

[0027] 图11为本发明实施例2应用于弹性地基梁结构模型试验的结构示意图；

[0028] 图12为图11中D-D的剖视图；

[0029] 图13为图11的仰视图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0031] 实施例1

[0032] 如图1、2所示，一种地层抗力作用特性模拟试验部件，包括螺杆组件、模拟弹簧2和接触端头组件。螺杆组件包括螺杆芯筒11、螺杆套筒12和加载杆13，接触端头组件包括钢板31和木块32。螺杆芯筒11从螺杆套筒12的后端伸入螺杆套筒12内，螺杆芯筒11与螺杆套筒12上均设有弹簧垫片7，该弹簧垫片7的位置通过设在螺杆芯筒11与螺杆套筒12上的定位螺母4来调整，使螺杆组件可以适用于不同刚度参数的模拟弹簧2。木块32通过螺钉4固定在钢板31上，钢板31和螺杆套筒12的前端均焊接有连接螺母5，加载杆13通过连接螺母5连接钢板31和螺杆套筒12，木块32为用于隧道结构模型试验的弧形凹口木块。

[0033] 模拟弹簧的刚度参数K(单位：kN/m)通过以下公式得到：

[0034] K＝k×A

[0035] 其中k(单位：kN/m3)表示地层的抗力特性参数或弹性地基基床系数，通过现场原2
位试验、地区经验公式以及地区经验值确定，A(单位：m)表示单个地层抗力作用模拟弹簧
2所需模拟的地层面积，通过模型试验中模拟弹簧2的布置间距确定。如图3、4所示，模拟弹簧2的布置参数为L1与L2，得到单个地层模拟弹簧2所需模拟的地层面积A＝L1×L2。

[0036] 本发明的工作过程如下：

[0037] 1、根据模型试验相似关系与模型试验几何尺寸特征，确定模型试验中模拟弹簧2的布置参数L1与L2，得到单个地层模拟弹簧所需模拟的地层面积A；

[0038] 2、通过现场原位试验、室内土工试验以及地区经验确定模型试验中模拟地层的力学性能特征参数，得到所模拟地层的抗力特性参数或者弹性地基基床系数k；

[0039] 3、根据以下公式确定模拟弹簧2的刚度参数K＝k×A；

[0040] 4、根据图1、2装配地层抗力作用特性模拟试验部件；

[0041] 5、将装配得到的地层抗力作用特性模拟试验部件固定在模型试验反力架上进行地下建筑结构模型试验，模型试验过程中可以通过调节弹簧刚度参数K或者弹簧布置几何参数L1与L2实现对各种复杂地层的模拟。

[0042] 实施例2

[0043] 如图5、6所示，一种地层抗力作用特性模拟试验部件，木块32为用于地下连续墙结构模型试验、弹性地基梁结构模型试验的长方体木块，其余部分同实施例1。

[0044] 图7～13分别显示了应用于隧道横向结构模型试验、地下连续墙结构模型试验以及弹性地基梁结构模型试验的示意图。

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