[發明專利]一種大型振動液化試驗系統及設計方法

在審

• 申請號: 201710530328.8
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107271637A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 干嘯洪;王維國;方繼偉;謝玲兒;顧俊鋼;朱建朝;陳立平;伍紹一
• 申請（專利權）人: 寧波市交通建設工程試驗檢測中心有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙)11473
• 代理人: 閆冬,段守富

技術領域

本發明涉及土木工程技術領域，具體涉及一種大型振動液化試驗系統及設計方法。

背景技術

以往在研究地震荷載作用下土體的動力響應特性以及建(構)筑物的受力或變形情況時一般采用室內三軸儀、振動臺或離心機等設備，然而室內模型試驗通常都在尺寸效應、邊界效應等方面存在缺陷，結果的可靠性與試驗設備直接相關。鑒于地震發生時間和地點的不可預知性，無法等待地震發生時開展相關試驗研究，同時考慮到爆炸地震動與天然地震在諸多方面的相似性，國內外學者開始嘗試利用土中爆炸技術合理地安排藥包位置、引爆順序及微差延時，將一系列爆源所產生的地震動在試驗區域內合理地延續，創造出與天然地震相似的持續震蕩，以實現原位場地人工模擬地震的誘發。

同樣地，在振動液化場地內開展大尺寸建(構)筑物的災變分析研究時，室內儀器設備已不能滿足要求。而目前較為新穎的手段是利用多個小型藥包相隔一定距離分散布置于土層中(單層或多層)，每個相鄰藥包設置毫秒延時，以期獲得類似地震作用時持續震蕩的荷載。目前該方法對于多點微差爆炸液化試驗的參數設計主要依賴于對已有試驗數據的歸納統計及在此過程中形成的經驗判斷，尚未形成一套可靠的設計方法和試驗系統，無法指導大型振動液化試驗環境的人工模擬。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明一種大型振動液化試驗系統及設計方法。

發明內容

為解決上述技術缺陷，本發明采用的技術方案在于，提供一種大型振動液化試驗設計方法，包括以下步驟：

Stp1、開挖大型試驗坑，在坑壁鋪設無紡土工布形成回填區域，坑內回填砂土后蓄水飽和；

Stp2、在所述試驗坑內鉆設多個藥孔和孔隙水壓力傳感器孔，將耐水性炸藥和孔隙水壓力傳感器分別布置在所述藥孔和孔隙水壓力傳感器孔中；

Stp3、調整所述耐水性炸藥的藥量和埋藥深度進行多組單點爆炸液化試驗，利用數值模型分析藥量、埋深對液化程度和范圍的影響，建立單點爆炸液化預測公式，獲得場地封閉爆炸的臨界比例埋深和單藥孔合理用藥量；

Stp4、進行多藥包試爆試驗，獲得爆炸液化疊加效應及規律，利用數值模型對總藥量、布置形式、起爆延時因素進行優化，建立多藥包爆炸液化預測公式，獲得大型振動液化試驗環境的爆炸設計參數；

Stp5、根據得到的單點爆炸液化預測公式和多藥包爆炸液化預測公式，得到振動液化試驗系統預測參數；

Stp6、進行多點爆炸液化驗證試驗，確定大面積振動液化試驗系統設計參數。

較佳的，所述Stp1中試驗坑內采用挖機拋擲和碾壓的方式回填細砂，通過靜力觸探試驗確定場地密實度。

較佳的，所述Stp3中單點爆炸液化預測公式為：

r_u＝0.55-0.256(λ)·ln(Z)+1.154ln(λ)；

式中：r_u為超孔隙水壓力比；Z為布藥圈內側比例距離；λ為藥包比例埋深；R為爆距；d為藥包埋深；W_TNT為炸藥TNT當量。

較佳的，所述Stp4中多藥包爆炸液化預測公式為：

r_u＝2.268-0.769ln(Z)；

式中：r_u為超孔隙水壓力比；Z為布藥圈內側比例距離；R為爆距；W_TNT為炸藥TNT當量。

較佳的，所述單點爆炸液化預測公式和多藥包爆炸液化預測公式中，當λ≥2.5m/kg^1/3時，取λ＝2.5m/kg^1/3。

一種大型振動液化試驗系統，用上述大型振動液化試驗設計方法得到，包括：

試驗坑，用于進行振動液化試驗，所述試驗坑內回填有飽和砂土，所述試驗坑內設有環形布藥圈，所述布藥圈上鉆設有多個藥孔；

爆炸模塊，用于通過爆炸形成大面積液化場地，所述爆炸模塊包括多組耐水性炸藥和高能脈沖起爆器，所述耐水性炸藥布置在所述藥孔內，其通過導爆管雷管與所述高能脈沖起爆器相連；

數據采集模塊，用于采集振動液化試驗數據，其布置在所述試驗坑內，所述數據采集裝置包括孔隙水壓力傳感器、振動傳感器和高速動態數據采集儀，所述布藥圈內側鉆設有多個孔隙水壓力傳感器孔，所述孔隙水壓力傳感器布置在所述孔隙水壓力傳感器孔內，所述振動傳感器布置于所述孔隙水壓力傳感器正上方且靠近地表處，所述孔隙水壓力傳感器和振動傳感器均與所述高速動態數據采集儀連接。