本发明涉及隧道性能试验研究技术领域，具体地说，涉及一种在地震波下隧道特性响应试验装置。
背景技术：
地震波是由地震震源向四处传播的振动，指从震源产生向四周辐射的弹性波。隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道。当发生地震时，隧道必然会受到地震波的影响，导致隧道结构受损，对其进行研究十分必要。
但目前在对地震动力作用十分复杂，目前研究中常采用数值方法进行模拟，同时多采用振动台试验以及动力离心模型试验等大型模型试验来模拟地震作用，然而这些试验装置并不能满足研究的需要，不能在施加预应力的同时施加地震波的作用，不能改变地震波的作用方向，很难适应不同尺寸大小的试验模型。
技术实现要素：
本发明的内容是提供一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本发明的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，包括机座，在所述机座正上方固定设有底梁，在所述机座的两端上方设有竖直梁，在所述竖直梁的上方设有顶梁，在所述竖直梁与顶梁上设有多个加载缸组件，所述顶梁、竖直梁、底梁为u型钢；
在所述竖直梁与机座之间设有底座，所述底座包括与竖直梁固定连接的连接块，在所述连接块上设有第四螺栓孔，在所述机座上与第四螺栓孔对应设有第二滑槽，利用螺栓通过所述第四螺栓孔与第二滑槽将所述连接块与机座进行连接；
所述顶梁与竖直梁间通过连接件进行连接，在所述顶梁的一端设有多个第二螺栓孔，在所述连接件的一端设有至少四个第三螺栓孔，所述连接件为直角型板件。
优选的，所述加载缸组件包括加载缸，所述加载缸包括加载缸体，所述加载缸体内部设有加载缸活塞，在所述加载缸体外部设有加载缸固定件，所述加载缸固定件侧面设有固定架，所述固定架与竖直梁、顶梁间固定连接。
优选的，所述加载缸固定件包括环形部分，在所述环形部分两侧设有平板部分，在所述平板部分上设有多个第一螺栓孔，在所述固定架的竖直方向上设有第一滑槽，将螺栓穿过第一螺栓孔与第一滑槽，从而将所述固定架与加载缸固定件进行固定。
优选的，所述固定架在顶梁的上方设有第一筋板，所述第一筋板与顶梁和固定架之间均为固定连接，在所述顶梁的下方设有第二筋板，所述第二筋板与顶梁和固定架之间均为固定连接。
优选的，所述第一筋板、第二筋板均设有多个。
优选的，所述加载缸活塞包括第二活塞杆，所述第二活塞杆上方固定连接有第二活塞，所述第二活塞上方固定连接有第一活塞杆，第一活塞杆上方固定连接有第一活塞，同时，所述加载缸体将缸体内部分割成静载腔与动载腔，所述第一活塞位于静载腔内，所述第二活塞位于动载腔内，所述第一活塞杆穿过静载腔与动载腔间的隔层，且连接处设有密封，所述第一活塞、第一活塞杆、第二活塞与加载缸体间均设有密封。
优选的，在所述加载缸体上设有第一油口、第二油口与静载腔连通，且分别连接静载腔的有杆腔和无杆腔，设有第三油口、第四油口与动载腔连通，且分别连接动载腔的有杆腔和无杆腔。
优选的，所述第二活塞杆下方固定设置有固定板。
优选的，所述第二活塞杆下方通过球接设置有球接板。
优选的，在所述底梁上设置多个加载缸组件，并在所述底梁的两u型侧面上设置有围板。
本发明与现有技术相比，具有如下优势：
1、本发明可对隧道模型施加不同预应力，不同大小、不同频率动载的作用，模仿地震波大小与频率对隧道性能的影响。
2、本发明能够根据需要对隧道模型施加不同方向的动载荷，可研究不同角度地震波作用对隧道性能的影响。
3、本发明能够在较大范围内适应不同大小的隧道模型，能够研究不同埋深对隧道性能的影响。
附图说明
图1为本发明在实施例1中的主视结构示意图；
图2为图1中俯视结构示意图；
图3为图1中的a局部放大结构示意图；
图4为图1中的b局部放大结构示意图；
图5为图2中的c局部放大结构示意图；
图6为图1中加载缸的左视剖视结构示意图；
图7为加载缸组件在图1中a-a剖切结构示意图；
图8为顶梁与连接件间的断面示意图；
图9为本发明的加载缸在实施例2中的左视剖视结构示意图；
图10为本发明在实施例3中的主视结构示意图。
其中：
1、加载缸组件；110、加载缸；119、动载腔；120、静载腔；11、加载缸体；111、第一油口；112、第二油口；113、第三油口；114、第四油口；12、加载缸固定件；121、环形部分；122、平板部分；123、第一螺栓孔；13、固定架；131、第一滑槽；14、第一筋板；15、第二筋板；2、顶梁；21、第二螺栓孔；3、连接件；31、第三螺栓孔；4、竖直梁；5、底梁；6、机座；61、第二滑槽；7、底座；71、连接块；72、第四螺栓孔；8、加载缸活塞；81、第一活塞；82、第一活塞杆；83、第二活塞；84、第二活塞杆；85、固定板；86、球接板；9、围板。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
如图1-8所示，一种在地震波下隧道特性响应试验装置，包括机座6，在机座6正上方固定设有底梁5，在机座6的两端上方设有竖直梁4，在竖直梁4的上方设有顶梁2，在竖直梁4与顶梁2上设有多个加载缸组件1，顶梁2、竖直梁4、底梁5为u型钢；
如图4所示，在竖直梁4与机座6之间设有底座7，底座7包括与竖直梁4固定连接的连接块7，在连接块7上设有第四螺栓孔72，在机座6上与第四螺栓孔72对应设有第二滑槽61，利用螺栓通过第四螺栓孔72与第二滑槽61将连接块7与机座6进行连接，第二滑槽61在前后方向上至少设置有2条；
如图1、图2、图3与图8所示，顶梁2与竖直梁4间通过连接件3进行连接，左右两侧均是如此，在顶梁2的一端设有多个第二螺栓孔21，在连接件3的一端设有至少四个第三螺栓孔31，连接件3为直角型板件，在连接件3与顶梁2或竖直梁4均是通过第二螺栓孔21、第三螺栓孔31利用螺栓进行连接。
为进一步提高本发明的使用性能，加载缸组件1包括加载缸110，如图3、图6所示，加载缸110包括加载缸体11，加载缸体11内部设有加载缸活塞8，在加载缸体11外部设有加载缸固定件12，加载缸固定件12侧面设有固定架13，固定架13与竖直梁4或顶梁2间固定连接。
如图5所示，加载缸固定件12包括环形部分121，在环形部分121两侧设有平板部分122，如图7所示，在平板部分122上设有多个第一螺栓孔123，在固定架13的竖直方向上设有第一滑槽131，将螺栓穿过第一螺栓孔123与第一滑槽131，从而将固定架13与加载缸固定件12进行固定。
如图2、图3与图5所示，固定架13在顶梁2的上方设有第一筋板14，第一筋板14与顶梁2和固定架13之间均为固定连接，在顶梁2的下方设有第二筋板15，第二筋板15与顶梁2和固定架13之间均为固定连接，第一筋板14、第二筋板15均设有多个。
如图3与图6所示，加载缸活塞8包括固定板85，固定板85与上方的第二活塞杆84固定连接，第二活塞杆84上方固定连接有第二活塞83，第二活塞83上方固定连接有第一活塞杆82，第一活塞杆82上方固定连接有第一活塞81，同时，加载缸体11将缸体内部分割成静载腔120与动载腔119，第一活塞81位于静载腔120内，第二活塞83位于动载腔119内，第一活塞杆82穿过静载腔120与动载腔119间的隔层，且连接处设有密封，第一活塞81、第一活塞杆82、第二活塞83与加载缸体11间均设有密封。
在加载缸体11上设有第一油口111、第二油口112与静载腔120连通，且分别连接静载腔120的有杆腔和无杆腔，同时，也设有第三油口113、第四油口114与动载腔119连通，且分别连接动载腔119的有杆腔和无杆腔。
本发明是使用过程或工作原理如下：
将本发明组装完成，配备相应的液压系统与控制系统，并准备好实际隧道的简化模型，其中，隧道的形状可根据研究需求进行设定，仅需保证整个模型的外边界为矩形即可。由于底梁5为u型，如图1所示，且开口向上，可将模型至于其内部，从而对模型进行前后方向的定位。
随后可通过控制系统控制液压系统，使得液压油从第一油口111进行静载腔120的无杆腔，推动加载缸活塞8伸出，此时需使得第二油口112、第三油口113、第四油口114与油箱连通，确保静载腔120的回油与动载腔119的自动吸油。当固定板85与隧道模型相接触时，可调节液压压力，以使得对隧道模型形成静载加压，即使得隧道模型受到一定的预应力，液压压力不同，模型所受的预应力也并不相同，因此，可研究不同预应力下的隧道性能。
当需要研究隧道模型的地震波作用试验时，根据实际需要，选择控制某个或某几个加载缸110预连通高压油，通过高压油，可实现对模型进行动载加载，通过选择加载缸110的个数与位置，可进行研究地震波入射角度不同对隧道性能的影响，也可调节高压油的压力大小，模拟不同强度的地震波作用，其中，高压油可预先将其储存到蓄能器等设备，这属于现有技术范畴，本申请将不再累赘，在需要施加地震波模拟作用时，通过控制系统，控制高压液压油从第三油口113进行加载缸110，实现模拟地震波，同时，可采用控制系统控制动载加载的频率，即高压液压油的供给频率，从而可模拟不同频率的地震波的作用。
此外，由于隧道等结构模型脆性较大，加载缸110并不需要太大的行程即可满足需要，因此，本发明在一定范围内可通过调节加载缸110的位移来实现对不同大小的隧道模型进行研究，不同大小的隧道模型，对于同一大小的隧道尺寸，即可研究不同埋深对隧道性能的影响。但对于尺寸变化过大时，本发明还提供两种方案在满足不同大小模型的试验。方案一，是可改变加载缸110与固定架13间的位置关系，调节第一螺栓孔123位于第一滑槽131的位置，从而调节加载缸110的位置。方案二，是通过改变连接件3与顶梁2、竖直梁4间的位置关系，以及底座7与机座6间的位置关系，由此实现调整适应不同大小的隧道模型的需要，这可由第二螺栓孔21与第三螺栓孔31间的位置关系、以及第四螺栓孔72与第二滑槽61之间的位置关系来实现。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：将固定板85置换成球接板86，与此同时，将固定板85与第二活塞杆84之间的固定连接，置换成球接板86与第二活塞杆84之间的球接。
如此设置，在隧道模型破坏时破碎不均，可能导致固定板85损坏，球接可被动转动，不容易被损坏。此外，模型制作不能完全保证在固定板85的作用位置处为标准的水平或竖直，在加载时，也很容易导致固定板85的连接受到损坏。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：在底梁5上设置多个加载缸组件1，并在底梁5的两u型侧面上设置有围板9。
当需要对隧道模型进行底部地震波作用的试验时，可采用本实施例提供的技术方案进行，围板9的设置是对隧道模型进行前后定位。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
1.一种在地震波下隧道特性响应试验装置，包括机座(6)，其特征在于：在所述机座(6)正上方固定设有底梁(5)，在所述机座(6)的两端上方设有竖直梁(4)，在所述竖直梁(4)的上方设有顶梁(2)，在所述竖直梁(4)与顶梁(2)上设有多个加载缸组件(1)，所述顶梁(2)、竖直梁(4)、底梁(5)为u型钢；
在所述竖直梁(4)与机座(6)之间设有底座(7)，所述底座(7)包括与竖直梁(4)固定连接的连接块(7)，在所述连接块(7)上设有第四螺栓孔(72)，在所述机座(6)上与第四螺栓孔(72)对应设有第二滑槽(61)，利用螺栓通过所述第四螺栓孔(72)与第二滑槽(61)将所述连接块(7)与机座(6)进行连接；
所述顶梁(2)与竖直梁(4)间通过连接件(3)进行连接，在所述顶梁(2)的一端设有多个第二螺栓孔(21)，在所述连接件(3)的一端设有至少四个第三螺栓孔(31)，所述连接件(3)为直角型板件。
2.根据权利要求1所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述加载缸组件(1)包括加载缸(110)，所述加载缸(110)包括加载缸体(11)，所述加载缸体(11)内部设有加载缸活塞(8)，在所述加载缸体(11)外部设有加载缸固定件(12)，所述加载缸固定件(12)侧面设有固定架(13)，所述固定架(13)与竖直梁(4)、顶梁(2)间固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述加载缸固定件(12)包括环形部分(121)，在所述环形部分(121)两侧设有平板部分(122)，在所述平板部分(122)上设有多个第一螺栓孔(123)，在所述固定架(13)的竖直方向上设有第一滑槽(131)，将螺栓穿过第一螺栓孔(123)与第一滑槽(131)，从而将所述固定架(13)与加载缸固定件(12)进行固定。
4.根据权利要求3所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述固定架(13)在顶梁(2)的上方设有第一筋板(14)，所述第一筋板(14)与顶梁(2)和固定架(13)之间均为固定连接，在所述顶梁(2)的下方设有第二筋板(15)，所述第二筋板(15)与顶梁(2)和固定架(13)之间均为固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述第一筋板(14)、第二筋板(15)均设有多个。
6.根据权利要求2所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述加载缸活塞(8)包括第二活塞杆(84)，所述第二活塞杆(84)上方固定连接有第二活塞(83)，所述第二活塞(83)上方固定连接有第一活塞杆(82)，第一活塞杆(82)上方固定连接有第一活塞(81)，同时，所述加载缸体(11)将缸体内部分割成静载腔(120)与动载腔(119)，所述第一活塞(81)位于静载腔(120)内，所述第二活塞(83)位于动载腔(119)内，所述第一活塞杆(82)穿过静载腔(120)与动载腔(119)间的隔层，且连接处设有密封，所述第一活塞(81)、第一活塞杆(82)、第二活塞(83)与加载缸体(11)间均设有密封。
7.根据权利要求6所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：在所述加载缸体(11)上设有第一油口(111)、第二油口(112)与静载腔(120)连通，且分别连接静载腔(120)的有杆腔和无杆腔，设有第三油口(113)、第四油口(114)与动载腔(119)连通，且分别连接动载腔(119)的有杆腔和无杆腔。
8.根据权利要求6所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述第二活塞杆(84)下方固定设置有固定板(85)。
9.根据权利要求6所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：所述第二活塞杆(84)下方通过球接设置有球接板(86)。
10.根据权利要求1所述的一种在地震波下隧道特性响应试验装置，其特征在于：在所述底梁(5)上设置多个加载缸组件(1)，并在所述底梁(5)的两u型侧面上设置有围板(9)。
技术总结