(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210533335.4 (22)申请日 2022.05.17 (71)申请人 东南大学 地址 210000 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 龚维明　冯东　许洁　戴国亮　 黎冰　王燕华　杨阳　 (74)专利代理 机构 安徽省蚌埠博源专利商标事 务所(普通 合伙) 34113 专利代理师 朱恒兰 (51)Int.Cl. G01M 7/02(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/32(2006.01) (54)发明名称 一种大比尺 矩形多向叠层状 剪切模型土箱 (57)摘要 本发明公开了一种大比尺矩形多向叠层状 剪切模型土箱， 包括底座、 矩形钢管框架叠层、 竖 向限位板、 叠层间滚珠轴承、 界限圆环、 顶部反压 板、 外围防护支架以及固定螺栓等零部件， 土箱 底座由下层钢板、 中间矩形钢管加强肋和上层钢 板组成， 通过螺栓与下部振动台台面连接固定； 矩形钢管框架叠层在竖向限位板的约束下沿竖 向逐层堆叠拼装， 叠层间布有滚珠轴承， 滚珠轴 承顶部设有固定的界限圆环， 使叠层间在一定范 围内可沿水平 面自由移动； 外围防护支架由立柱 底座、 立柱、 横杆及其连接螺栓组成， 其中立柱和 立柱底座焊接并通过螺栓固定在土箱底座上， 横 杆两端头穿过立柱顶部螺孔， 并通过螺栓拧紧固 定； 顶部反压板通过横杆施加反力作用在土箱顶 部， 以限制叠层的竖向位移， 本发明应用于室内 大型地震模拟 振动台模型试验， 可较好地模拟水 平向无限地基条件。 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 114910232 A 2022.08.16 CN 114910232 A 1.一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 包括振动台 （1） ， 设置于振 动台上的底 座组件 （2） ， 设置于底 座组件 （2） 上的矩形钢管叠层架组件 （3） ， 所述矩形钢管叠 层架组件 （3） 通过立柱 （4） 和立柱底 座组件 （5） 固定 设置于底 座组件 （2） ， 所述矩形钢管叠层 架组件 （3） 最上端顶部设置多个顶部反压板组件 （8） ， 所述立柱 （4） 上部设置连接多个横杆 组件 （9） 固定所述矩形钢管叠层架组件 （3） ； 其中， 所述矩形钢管叠层架组件 （3） ， 由多个框架叠层 （3 ‑1） 和竖向固定所述框架叠层 （3‑1） 的竖向限位板 （6） 组成， 每一所述框架叠层 （3 ‑1） 都由两两相同长度的四根矩形截面 钢管首尾相连焊接而成， 在每一所述框架叠层 （3 ‑1） 的上表 面， 以特定间距布有 特定大小的 螺栓孔洞 （3 ‑2） ， 所述螺 栓孔洞 （3 ‑2） 设置叠层间滚珠轴承组件 （10） 。 2.根据权利要求1所述的一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 还包 括起重吊环组件 （7） ， 其由吊环底座 （7 ‑2） 、 吊环底座螺栓 （7 ‑3） 与吊环 （7 ‑1） 三部分组成， 吊 环 （7‑1） 与吊环底 座 （7‑2） 焊接， 吊环底座 （7 ‑2） 通过螺栓与所述底 座组件 （2） 的四个角落连 接固定。 3.根据权利要求1所述的一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 所述 叠层间滚 珠轴承组件 （10） 由下部底 座嵌放于螺栓孔洞 （3 ‑2） 内的滚珠轴承 （10 ‑1） 和设置于 所述框架叠层 （3 ‑1） 下表面的界限圆环 （10 ‑2） 组成， 每一所述框架叠层 （3 ‑1） 上表面布置的 滚珠轴承 （10 ‑1） 与相邻下层的所述框架叠层 （3 ‑1） 下表面焊接的界限圆环 （10 ‑2） 尺寸和数 量对应。 4.根据权利要求1所述的一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 所述 振动台 （1） 的台面 （1 ‑1） 均匀布有特定深度的预留螺栓孔洞 （1 ‑2） ， 可通过螺栓对不同尺寸 土箱底座的连接固定 。 5.根据权利要求1所述的一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 所述 底座组件 （2） ， 其由下层钢 板 （2‑1） 、 中间矩形钢管加强肋 （2 ‑2） 及上层钢板 （2 ‑3） 三部分组 成； 上下两层钢板和中间的钢管加强肋都预留有螺栓孔洞 （2 ‑4） ， 所述底座组件 （2） 通过螺 栓穿过螺 栓孔洞 （2 ‑4） 与下部振动台 （1） 连接固定 。 6.根据权利要求1所述的一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 所述 矩形钢管叠层架组件 （3） 的四个角落沿竖向共布有八块竖向限位板 （6） ， 每块竖向限位板 （6） 被分成五段小竖向限位板 （6 ‑1） ， 每段小竖向限位板 （6 ‑1） 上布有等距的双排螺栓孔洞 （6‑2） ， 在逐层堆放框架叠层 （3 ‑1） 过程中， 从下往上分段布置小竖向限位板 （6 ‑1） ， 并通过 螺栓与所述矩形钢管叠层架组件 （3） 四角侧壁连接固定 。 7.根据权利要求1所述的一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 其特征在于： 所述 立柱 （4） 与所述立柱底 座组件 （5） 焊接， 所述立柱底座组件 （5） 由立柱底座 （5 ‑1） 和立柱底座 螺栓 （5‑2） 组成， 所述立柱 （4） 顶端设有螺栓孔洞， 所述横杆组件 （9） 由横杆 （9 ‑1） 、 横杆螺栓 （9‑2） 、 螺栓孔洞 （9 ‑3） 组成， 横杆 （9 ‑1） 两端头穿过其中并通过螺栓 （9 ‑2） 拧紧固定， 其中两 根横杆 （9 ‑1） 的两端设有螺 栓孔洞 （9 ‑3） ， 用于通过螺 栓与顶部反压 板组件 （8） 连接固定 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114910232 A 2一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱 技术领域 [0001]本发明涉及岩土工程试验仪器制造技术领域， 尤其涉及的是适用于室内大型地震 模拟振动台模型试验和 开展深埋地下结构工程抗震设计研究的一种大比尺矩形多向叠层 状剪切模型土箱。 [0002] 背景技术 [0003]土‑桩‑结构相互作用问题一直是深埋地下结构抗震设防和安全审评工作关注的 焦点， 由于动力相互作用问题的复杂性， 开展室内地震模拟振动台模 型试验， 对深入研究深 埋地下结构地震响应并验证相互作用分析方法的有效性具有重要意义； 此外， 大多数深埋 地下结构所处场地条件较差， 属于深厚软土地基， 且地震烈度较高， 桩基方案的选择有利于 满足地基承载力、 变形及抗震要求； 再者， 针对动力相互作用问题， 不同数值方法因其计算 模型和选取参数的不同， 计算结果存在很大差异。 [0004]因此， 为验证数值计算结果的有效性， 研发一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型 土箱， 通过开展 大型振动台模 型试验研究地震荷载作用下土 ‑桩、 土‑结构、 土‑桩‑结构动力 相互作用规 律， 对优化深埋 地下结构抗震设计具有重要的实际工程 意义。 [0005]在岩土工程室内振动台模型试验中， 由于振动台台面尺寸及其承载能力等条件制 约， 模型土箱尺寸受到限制， 无法模拟真实场地条件， 土箱侧边界约束了试验土体的变形， 并对地震波在土体中的传递产生反射和散射作用， 导致动力试验结果产生较大误差， 这种 误差影响被称为 “土箱边界效应 ”； 为减小土箱边界效应， 研发一种可反映试验土体水平剪 切变形和边界能量吸收的模 型土箱， 是成功开展土 ‑桩‑结构动力相互作用振动台模型试验 的关键基础； 因此， 理想的模型土箱应能正确模拟地基土的边界条件以及其水平剪切变形， 还原实际场地条件的水平向无限性。 [0006]据已有文献报道， 国内外开展土 ‑桩‑结构动力相互作用的振动台试验常用的模型 土箱可大致分作刚性土箱、 柔性土箱和层状剪切箱三种类型， 模型土箱设计从结构简单 的 刚性土箱逐步发展至柔性土箱， 再发展至可有效模拟试验土体水平剪切变形的叠层状剪切 土箱， 这为研发一种大比尺 矩形多向叠层状剪切模型土箱提供了 很好的设计思路。 [0007] 发明内容 [0008]本发明针对目前室内地震模拟振动台模型试验中， 地震波在土箱边界处产生较大 反射和散射作用这一棘手问题， 提供一种方便实用的大比尺矩形多向叠层状剪切模型土 箱， 可较好地模拟实际场地条件的半无限性， 有效减小土箱边界效应导致动力试验结果产 生的较大误差 。 [0009]本发明是通过以下技 术方案实现的： 一种大比尺矩形多向叠层状剪切模型土箱， 包括振动台1， 设置于振动台上的底座说　明　书 1/4 页 3 CN 114910232 A 3