[發明專利]一種砂土顆粒梯度疲勞液化實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810552191.0
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108801865A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 杜東寧;張華賓;繆海賓;王來貴;張淑坤;金佳旭;王錦力
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種砂土顆粒梯度疲勞液化實驗裝置及方法，裝置包括砂土試樣裝載容器、水裝載容器、溢流砂土收集容器、溢流水收集量杯、底座、振動臺、過濾網、調節閥、流速表、流量表、孔隙水壓力傳感器及透明毛細管。方法為：采樣并測量物性指標，按粒徑范圍篩分試樣，向砂土試樣裝載容器中裝填試樣，按相對密實度處理試樣，測量初始孔隙比，將透明毛細管插入試樣，開閥注水，觀測并采集浸潤線和飽水線，直到試樣飽和并關閥，設定振動參數，啟動振動臺，以水砂混合物持續溢出作為液化開始標志，直到溢出結束及透明毛細管停止傾斜，關閉振動臺，記錄液化時長、沉降量及孔隙水壓，烘干并稱重溢出砂土，記錄溢出水量，調整相對密實度和振動參數，實施對比實驗。

技術領域

本發明屬于砂土液化實驗技術領域，特別是涉及一種砂土顆粒梯度疲勞液化實驗裝置及方法。

背景技術

目前，在露天礦開采過程中，經常會面對大量基巖上覆厚飽水砂層地質條件的復合邊坡，在復合邊坡的砂層內，細小砂粒會在高水頭差作用下形成水力梯度，同時還會承受車輛動荷載、礦震、爆破等振動，而在振動作用下，振源附近的細小無粘性的砂土顆粒，其會因粒徑和比重的不同發生梯度疲勞液化現象，而砂土顆粒梯度疲勞液化現象是一個漸進的累積過程，且具有明顯的時間效應。

當露天礦開采現場的復合邊坡發生砂土顆粒梯度疲勞液化現象時，細小無粘性的砂土顆粒會隨地下水的滲流而發生運移，進而導致復合邊坡發生潛蝕、坡頂開裂及滑坡失穩，從而危及采礦安全。

現階段用于研究砂土顆粒梯度疲勞液化現象的實驗裝置十分匱乏，與其相關的一些實驗裝置還主要用于模擬管涌現象以及地下開采過程中的潰砂和水砂運移現象，但都無法模擬振動作用下發生的砂土顆粒梯度疲勞液化現象。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種砂土顆粒梯度疲勞液化實驗裝置及方法，可在實驗室環境下，通過模擬露天礦開采現場的車輛動荷載、礦震、爆破等振動，重現不同粒徑和比重的無粘性砂土顆粒發生梯度疲勞液化的過程，可獲得與砂土顆粒梯度疲勞液化相關的振動參數、砂土物性指標及砂土顆粒配級數據，幫助確立基于振動參數及砂土物性指標的砂土顆粒梯度疲勞液化判別標準，通過觀測液化區域的動態擴展演化過程，為揭示砂質復合邊坡的砂土顆粒梯度疲勞液化的誘發機理提供了全新手段。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種砂土顆粒梯度疲勞液化實驗裝置，包括砂土試樣裝載容器、水裝載容器、溢流砂土收集容器、溢流水收集量杯及底座；所述砂土試樣裝載容器及水裝載容器均通過底座上表面的沉頭孔固定放置于底座上，水裝載容器底部開設有出水孔，在所述砂土試樣裝載容器底部開設有進水孔，砂土試樣裝載容器的進水孔與水裝載容器的出水孔之間通過管道相連通，在管道上依次安裝有調節閥、流速表及流量表；在所述砂土試樣裝載容器中上部開設有溢流孔，溢流孔外接有溢流彎管；所述溢流砂土收集容器通過支架固定放置于底座上，在溢流砂土收集容器內安裝有過濾網，在過濾網下方的溢流砂土收集容器底部開設有排水孔，排水孔外接有豎直向的排水管，所述溢流水收集量杯位于排水管正下方，溢流水收集量杯通過底座上表面的沉頭孔固定放置于底座上；所述底座固定安裝于振動臺上。

在所述砂土試樣裝載容器的內壁上固裝有若干孔隙水壓力傳感器，且若干孔隙水壓力傳感器沿高度方向均勻布置。

當所述砂土試樣裝載容器中裝填好砂土試樣后，在砂土試樣中豎直插裝有一根透明毛細管，且透明毛細管插入砂土試樣的深度至少為透明毛細管管體長度的1/3。

一種砂土顆粒梯度疲勞液化實驗方法，采用了所述的砂土顆粒梯度疲勞液化實驗裝置，包括如下步驟：

步驟一：采集砂土試樣，并測量砂土試樣的物性指標，物性指標包括比重、最大孔隙比、最小孔隙比、最大密度及最小密度；

步驟二：按照設定好的粒徑范圍對砂土試樣進行篩分，再將篩分好的砂土試樣平均分成若干份；