[實用新型]一種測量粗粒土剪切波速的試驗裝置及系統

有效

• 申請號: 201820385410.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN208350200U
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 鄒德高;劉興陽;裴華富;周晨光;劉京茂;徐斌;周揚;余翔
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00;G01N3/32
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 徐雪蓮

一種測量粗粒土剪切波速的試驗裝置及系統，包括外殼、摩擦單元、壓電堆棧及加速度傳感器；摩擦單元的縱剖面為“T”形，“T”形的水平端固定于外殼的頂端，“T”形的垂直端由外殼的頂端插入外殼中并在摩擦單元的“T”形垂直端上固定有加速度傳感器和壓電堆棧，同時壓電堆棧與外殼的內側壁固定連接；摩擦單元在“T”形水平端的上表面設有凹凸格子狀摩擦面。本實用新型的試驗裝置解決了壓電材料在大型三軸試驗制樣擊實和高應力條件加載過程中易破壞的難題以及傳統的彎曲元與粗粒土耦合程度較差、無法實現大型三軸粗粒土試樣剪切波速測量的難題；本實用新型的試驗系統結構布置合理、裝配簡單、試驗操作方便。

技術領域

本實用新型涉及土力學三軸試驗裝置及試驗系統，尤其是一種測量粗粒土剪切波速的試驗裝置及系統。

背景技術

土體剪切波速是土力學研究與巖土工程設計的關鍵參數之一，在劃分地層和場地土類別、判斷砂土的液化、土基震陷沉降、地震反應分析、計算巖土動力學參數以及研究土體的振動特性等方面具有重要的意義。

自1978年Shirley等首次采用壓電陶瓷彎曲元測試高嶺土試樣的剪切波速以來，由于其測試原理明確、方法簡單直觀，已被廣泛應用在三軸儀、固結儀、直剪儀、共振柱等室內儀器上。彎曲元通常由兩片可縱向伸縮的壓電陶瓷晶體片與金屬加勁層粘合而成，以懸臂梁形式安裝在試樣兩端，一個作為激發元件，另一個作為接收元件。試驗時，激發元在脈沖電壓下產生剪切波，剪切波經土體傳播后到達接收元，通過數據采集裝置將接收元產生的振動轉化為電信號，通過電信號對比可以得到剪切波的傳播時間，根據土樣長度即可計算出土體的剪切波速。然而，彎曲元法難以實現粗粒土剪切波速的測試，主要原因有：一是粗粒土顆粒粒徑較大，彎曲元插入其中與其耦合程度較差；二是在大型三軸試驗制樣擊實以及高應力條件加載過程中，彎曲元等壓電材料極易破壞；三是激發元在產生剪切波的同時會在兩側產生壓縮波，從壓力室側壁上反射的壓縮波會對剪切波初至時刻的判斷產生干擾。

近些年來，國內外相繼出現了扭剪振子、壓電圓環等裝置進行土樣剪切波速的測試，但均是在小三軸試驗或固結試驗中完成。此外，現有的室內剪切波速測量技術通常采用單一的激發-接收方式，試驗過程中難以準確獲得激發元件和接收元件在土樣中的實際運動行為，對激發元件-土樣-接收元件整個系統的動力響應研究造成了困難。由此可見，目前亟需一種可以測試粗粒土剪切波速的室內試驗裝置及方法。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種結構合理、裝配簡單、試驗操作方便并解決壓電材料在大型三軸試驗制樣擊實和高應力條件加載過程中易破壞及傳統的彎曲元與粗粒土耦合程度較差、無法實現大型三軸粗粒土試樣剪切波速測量等缺陷的測量粗粒土剪切波速的試驗裝置及系統。

本實用新型解決現有技術問題所采用的技術方案：一種測量粗粒土剪切波速的試驗裝置，包括外殼、摩擦單元、壓電堆棧及加速度傳感器；所述外殼為下端開放的殼體，所述摩擦單元的縱剖面為“T”形，“T”形的水平端固定于外殼的頂端，“T”形的垂直端由外殼的頂端插入外殼中并在摩擦單元的“T”形垂直端上固定有加速度傳感器和壓電堆棧，同時壓電堆棧與外殼的內側壁固定連接；摩擦單元在“T”形水平端的上表面設有凹凸格子狀摩擦面。

所述外殼的頂部開有凹槽，所述摩擦單元的“T”形水平端置于該凹槽中，在凹槽與摩擦單元的“T”形水平端下端面之間設有相互平行的圓柱形導軌；摩擦單元與凹槽的縫隙處設有O型圈及硅膠層密封連接。

一種測量粗粒土剪切波速的試驗系統，包括兩個測量粗粒土剪切波速的試驗裝置：分別作為激發端和接收端；所述試驗系統還包括依次連接的信號發生器、功率放大器及示波器；同時，功率放大器與激發端的壓電堆棧連接；激發端的加速度傳感器、接收端的壓電堆棧和接收端的加速度傳感器分別通過電荷放大器與示波器相連。