[發明專利]一種k0條件下無黏性土各向異性剪切波速與相對密度聯合測試的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810055262.6
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108344852A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 何紹衡;黃晟;夏唐代;程康;仇浩淼;羅嵐;于丙琪;周飛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種k₀條件下無黏性土各向異性剪切波速與相對密度聯合測試的試驗裝置及方法，該裝置包括各向異性彎曲元剪切波速測試子系統、模型箱、豎向振動臺、電液伺服加載系統、反力架和加載板；本發明利用豎向振動臺的驅動以改變模型箱內土樣的相對密度，通過各向異性彎曲元剪切波速測試子系統測試k₀狀態土樣在上覆荷載相同時不同相對密度對應的水平向和豎向剪切波速，克服了以往一個試樣一般只能得到一個相對密度與剪切波速的數據點和現有試驗設備無法測試大粒徑無黏性土(如砂礫土)各向異性剪切波速等缺點；試驗裝置適用范圍更廣，測試更簡便，節省了人力物力，大幅度提高了工作效率。

技術領域

本發明屬于土工試驗領域，尤其涉及一種k₀條件下無黏性土各向異性剪切波速與相對密度聯合測試的試驗裝置及方法。

背景技術

土層中的剪切波速是衡量土力學性能的綜合指標，土的剪切波速受土的結構性、孔隙比、有效應力、應力歷史和埋藏條件等因素影響，與抗液化能力也具有很強的相關性，因此剪切波速逐漸發展為液化判別的一種基本指標。室內試驗中，可以采用彎曲元、共振柱和動三軸等試驗手段測量，而現場通過下孔法、跨孔法和面波分析等方法獲得。相對密度是控制與評價無黏性土工程性質的重要指標，是在實際工程設計施工與試驗研究中廣泛使用的土力學概念。一般用作衡量無黏性土的疏密程度，并綜合考慮了孔隙比，顆粒形狀和顆粒級配等性質的作用。其直接影響無黏性土的抗液化能力，是影響無黏性土力學性質的本質屬性。

自然界中，天然土體在形成的過程中或多或少存在變異性，土既不是各向同性的，也不是均質的，而是表現出明顯的各向異性，越來越多的學者發現無粘性土的各向異性對其力學性質影響顯著。截止目前，對于k₀狀態下無黏性土各向異性對剪切模量的影響相關研究很少，因此很有必要開展系統的試驗研究。

控制相對密度條件下，研究無黏性土的剪切波速是解決其剪切波速液化判別問題的重要技術手段。對于沙土等細顆粒無黏性土，類似研究一般借助共振柱試驗機或者安裝有彎曲元的三軸試驗系統，按一定相對密度配置試樣，然后安裝固結，測試土樣的剪切波速。無黏性土的剪切波速測試驗廣泛開展，但試驗裝置在技術和操作上仍存在些不足：

(1)模型試驗裝置在不改變應力條件的情況下，一個試樣一般只能得到一個相對密度與剪切波速的數據點，費時費力。

(2)礫性土試樣大于沙土試樣數倍，現有試驗設備不支持大直徑無黏性土剪切波速的測量，限制了試驗土類。

(3)三軸試樣制樣與試驗周期長，試驗時間成本高，設備昂貴，不利于開展大規模試驗研究。

(4)模型試驗裝置不能測試無黏性土各向異性剪切波速。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種k₀條件下無黏性土各向異性剪切波速與相對密度聯合測試的試驗裝置，解決現有裝置在不改變應力條件的情況下，一個試樣土樣只能得到一個相對密度與剪切波速的數據點、無法根據研究需要測試土樣各向異性剪切波速以及不適于測試粒徑較大的礫性土的剪切波速的問題，本發明的另一目的在于提供一種k₀條件下無黏性土各向異性剪切波速與相對密度聯合測試的試驗方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種k₀條件下無黏性土各向異性剪切波速與相對密度聯合測試的試驗裝置，包括各向異性彎曲元剪切波速測試子系統、模型箱、豎向振動臺、電液伺服加載系統、反力架和加載板；

所述各向異性彎曲元剪切波速測試子系統包括水平向激發彎曲元、水平向接收彎曲元、豎向激發彎曲元、豎向接收彎曲元、函數發生器、壓電線性放大器、電荷放大器和示波器；

所述模型箱固定在豎向振動臺上，模型箱內填充土樣，所述土樣頂部放置加載板；所述電液伺服加載系統上抵反力架，下抵加載板；所述加載板將電液伺服加載系統的壓力傳至土樣，使土樣所受豎向壓力均勻分布；