[發明專利]離心場中土體液化固液相變應力與波速各向異性測量裝置

在審

• 申請號: 202010056985.5
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111119151A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 謝小麗;趙騰
• 申請（專利權）人: 謝小麗;趙騰
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00;E02D1/02;G01D21/02
• 代理公司: 濟南佰智蔚然知識產權代理事務所(普通合伙) 37285
• 代理人: 劉靜

本發明公開了離心場中土體液化固液相變應力與波速各向異性測量裝置，包括底座，所述底座包括底板、垂直于底板的豎板，所述底板頂部設置孔隙水壓力傳感器、水平土壓力傳感器和豎直布置的壓電陶瓷剪切波速測試元件，所述豎板側壁上設置豎直土壓力傳感器、水平布置的壓電陶瓷剪切波速測試元件。對比現有技術，本發明的有益效果在于：有效的克服了離心場中的高應力、強電磁干擾等困難，測量精度高、誤差小，測試結果具有很高的可信性。

技術領域

本發明涉及土工離心模型試驗技術領域，具體涉及一種離心場中聯合測量地震液化固液相變過程中地基應力各向異性與彈性模量各向異性動態演化的試驗裝置，屬于一種測量與評價土體靜、動力學性質的試驗裝置。

背景技術

液化是一種典型的地震巖土工程災害，液化過程中土體存在固態與液態的相變轉化。我國地處環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，構造復雜，地震活動頻繁；同時，我國大部分地區都分布著可液化土，這意味著我國所面臨的地震液化挑戰非常嚴峻。因此，展開地震液化領域的研究是極其必要的。

巖土離心模型試驗，通過離心機的高速自轉提供N倍于地球引力的重力加速度，進而能夠利用較小尺寸的模型地基再現場地尺度上的真實應力狀態，進而較好的再現土的動力學行為，在模擬地震液化問題上具有其他方法不可比擬的優點，近年來也愈發受到工程技術人員和科研人員的關注。

另一方面，土體具有復雜的各向異性特征。例如，天然地基具有應力各向異性，即各個方向所受的應力大小不一致。此外，土顆粒的排列情況、所施加的靜動荷載都會導致土的力學性質產生各向異性，例如土體在在各個方向上的強度、變形、滲透等物理力學性質存在較大的差異。總的來說，可以認為剪切波速的各向異性是土體力學各向異性特征的一種綜合體現，而應力各向異性則是其中一個重要的影響因素。

在土的整個液化過程中，伴隨著超孔隙水壓力的上升和消散，砂土的應力和剪切波速的各向異性特征都會發生連續、劇烈的變化。在超孔隙水壓力上升階段，砂土的水土應力由豎直方向較大、水平方向較小的各向異性狀態(固態性質)逐漸變為豎直應力與水平應力幾乎相等的各向同性狀態(流態性質)；此過程中，顆粒間的接觸作用逐漸減弱，土的每一個方向上的剪切波速都會顯著減小，直至變為每個方向剪切波速都很小且非常接近的各向同性狀態。在孔隙水壓力消散階段，伴隨著砂土顆粒間接觸作用的重新恢復，應力和剪切波速都會從各向同性狀態逐漸演變至各向異性狀態。由此可見，土體液化的整個固態——流態相變轉化過程中，其應力各向異性和剪切波速各向異性的演化規律和內在機理具有一定的相似性，故實現這兩種各向異性的同步、精確的聯合測量是極其必要的。

現有中國發明專利CN201510225638一種可量測靜止土壓力系數和小應變剪切模量的固結儀，公開了一種可以同時測量干燥狀態或含水率較低土體的靜止土壓力系數和小應變剪切模量的固結儀，實現了應力和小應變模量的較為簡便的測量；現有中國發明專利CN2015102740397K0條件下基于土體動力學參數及各向異性測定儀的微觀結構演化方法，實現了完全側限條件下干砂剪切模量、壓縮模量和水平、豎直向土壓力的方便快捷的測量。

但是該裝置存在以下缺點：(1)該裝置中土體所處的狀態與真實地基有著顯著的差異。(2)其加載板處的密封性難以保證，無法解決防水問題，故該裝置無法應用至飽和砂土的地震液化領域。(3)容器內部土體與估固結儀側壁的摩擦力不可忽視，進而使得測試結果的可靠性降低。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本發明提供一種離心場中土體液化固液相變應力與波速各向異性測量裝置，可以在離心機振動臺試驗中實現液化全過程應力各向異性和剪切波速各向異性特征聯合測量的高精度、誤差小。

本發明為實現上述目的采用以下技術方案，離心場中土體液化固液相變應力與波速各向異性測量裝置，包括底座，所述底座包括底板、垂直于底板的豎板，所述底板頂部設置孔隙水壓力傳感器、水平土壓力傳感器和豎直布置的壓電陶瓷剪切波速測試元件，所述豎板側壁上設置豎直土壓力傳感器、水平布置的壓電陶瓷剪切波速測試元件。