[发明专利]一种土-地下结构大型拟静力试验装置及方法

权利要求书

1.一种土-地下结构大型拟静力试验装置，其包括底板、矩形层状剪切箱体、侧向限位框架、水平加载系统及竖向加载系统；所述矩形层状剪切箱体由矩形钢框架(2)和层间滚轴(3)组成，各个矩形钢框架(2)沿竖直方向平行放置，相邻的矩形钢框架(2)之间设置有层间滚轴(3)，使得相邻矩形钢框架之间能够产生相对的水平滑动；所述侧向限位框架由钢立柱(4)、侧边万向滚轴(5)和系杆(6)组成，所述钢立柱(4)沿所述矩形钢框架(2)长边方向固定于所述底板(1)上，各个侧边万向滚轴(5)沿所述钢立柱高度方向等间距分布，该间距与相邻矩形钢框架中心线间距一致，同一高度的侧边万向滚轴与对应高度的矩形钢框架接触并可产生相对水平滑动，所述系杆(6)安装于相邻钢立柱以增强侧向限位立柱整体稳定性；所述水平加载系统由水平作动器(7)组成，所述水平作动器沿所述矩形层状剪切箱体高度方向等间距分布，并与所述矩形钢框架短边相连，运动方向与所述矩形钢框架长边方向一致；所述竖向加载系统由竖向作动器(8)、加载板(9)、顶部万向滚轴(10)和顶部承压钢板(11)组成，所述加载板(9)的顶部与所述竖向作动器(8)相连，所述加载板的底部设置有所述顶部万向滚轴(10)，所述顶部万向滚轴(10)与所述顶部承压钢板(11)接触并可产生相对水平滑动；

所述钢立柱(4)由宽翼缘H型钢制成，沿所述钢立柱(4)高度方向在一侧翼缘中部等间距设置所述侧边万向滚轴(5)，同一钢立柱上相邻侧边滚轴间距与相邻矩形钢框架间距一致；所述侧边万向滚轴(5)与所述矩形钢框架(2)的两长边接触并提供法向约束，并且所述矩形钢框架(2)通过所述侧边万向滚轴(5)与所述钢立柱(4)产生相对水平滑动；所述顶部承压钢板(11)覆盖于所述矩形层状剪切箱体内土体上表面，所述竖向作动器(8)通过所述加载板(9)、所述顶部万向滚轴(10)和所述顶部承压钢板(11)将竖向荷载均匀传至所述矩形层状剪切箱体内土体，并且所述加载板(9)通过所述顶部万向滚轴(10)与所述顶部承压钢板(11)产生相对水平滑动。

2.根据权利要求1所述的土-地下结构大型拟静力试验装置，其特征在于：所述矩形钢框架(2)由宽翼缘H型钢制成，所述层间滚轴(3)安装于下层矩形钢框架H型钢腹板的上表面，与上层矩形钢框架H型钢腹板下表面接触并产生相对水平滑动。

3.根据权利要求1所述的土-地下结构大型拟静力试验装置，其特征在于：所述底板(1)固定于地面，最底层矩形钢框架和所述钢立柱(4)固定于所述底板上部，所述钢立柱(4)设置在所述矩形钢框架(2)的长边外侧，同侧钢立柱之间设置所述系杆(6)，保证所述侧向限位钢框架的整体性。

4.根据权利要求1所述的土-地下结构大型拟静力试验装置，其特征在于：所述水平作动器(7)沿所述矩形层状剪切箱体高度方向等间距分布，并与所述矩形钢框架(2)短边连接，运动方向与所述矩形钢框架(2)长边方向一致；所述水平作动器(7)同步控制，并组合不同的侧向位移分布形式。

5.利用权利要求1所述大型拟静力试验装置进行的一种土-地下结构大型拟静力试验方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：安装好矩形层状剪切箱体、侧向限位框架；

步骤二：在矩形层状剪切箱体底部铺设模型土，并进行反复压实至试验预定厚度，安装地下结构缩尺模型及传感器，并进一步填筑模型土且反复压实，最后对模型土体进行找平；

步骤三：安装水平加载系统和竖向加载系统，安装摄像装置；

步骤四：启动竖向加载系统，对土-地下结构体系上表面逐级施加竖向压力至试验设计值；

步骤五：待竖向压力恒定，启动水平加载系统，按试验设计水平位移分布形式同步协调各水平作动器，逐级施加水平位移直至结构破坏。