[發明專利]一種用于探究粗顆粒土振動壓實機理的試驗裝置和方法

在審

• 申請號: 202010165694.X
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111272614A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 劉順凱;聶志紅;龔健;高翔;鄒國峰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N19/00;G01N21/84
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 鞠傳龍

本發明公開了一種用于探究粗顆粒土振動壓實機理的試驗裝置和方法，試驗裝置包括有箱體、振動電機、動態數據采集儀、電腦和攝像頭，其中箱體的上部設置有荷載板，荷載板的上部在箱體頂部的兩個側邊上跨設有導軌，導軌頂端的橫梁上穿設有限位桿，其方法為：步驟一、將可視化箱體放置在平整且周圍無擾動的室內；步驟二、把限位桿進行固定；步驟三、將探頭分別搭載在荷載板對角線1/3位置處；步驟四、控制振動電機輸出頻率和振幅大小；步驟五、與振動電機輸出頻率一致；步驟六、存儲到電腦；步驟七、將顆粒土體取出；步驟八、重復步驟一到步驟七；步驟九、數據和數字圖像進行處理。有益效果：經濟實用，能充分提高粗顆粒土的振動壓實效率。

技術領域

本發明涉及一種振動壓實機理的試驗裝置和方法，特別涉及一種用于探究粗顆粒土振動壓實機理的試驗裝置和方法。

背景技術

目前，由于土顆粒材料的離散性以及顆粒形狀的不規則性，其體系的物理性質極其復雜，已被列為科學難題之一。而當前對土體壓實機理的研究中，多將其作為連續介質，通過改變連續介質本構模型參數來表征壓實狀態的變化過程，忽略了土體本身作為不規則顆粒的離散性，機理并不明確，在工程指導中導致壓實參數調整不合理，效率低下。

振動壓實的實質是顆粒體體積的變化，這一變化實際上是由體系內部的顆粒重排和粒間相對滑移所引起的，而無論是顆粒重排還是粒間相對滑移，都伴隨著黏滯累積能量耗散和塑性應變累積能量耗散的并時發生，這兩者的相對關系與累積塑性應變存在某種對應關系。可見，粗顆粒土在外部荷載作用下能量耗散是其宏觀力學響應的深層原因。換而言之，能量耗散大小可以作為衡量顆粒體系密實度變化的衡量指標，即能量耗散越大，表示體系內部顆粒運動越多。

目前，常見的從能量演化角度對土體材料研究主要分為物理實驗和理論計算兩個方面。前者主要是基于能量守恒定律的粗粒土剪切實驗，并在此過程中分析顆粒土在宏觀動態(體系剪脹(剪縮)與顆粒滑移、轉動、掉落等形式)與能量耗散大小之間的聯系，但這些研究或只是進行靜態剪切或者小型設備中的振動微剪切，與工程振動壓實實際荷載方式及規模相差甚遠，缺乏研究共性；后者則多基于研究對象累積塑性應變不大，或是研究限定于小應變范疇，從而建立在動應力–動應變本身的黏滯累積能量耗散，未考慮累積塑性應變的能量耗散部分，也不滿足振動壓實過程中土體大變形的要求。

因此，有必要設計一種更切合實際工程的大型能量耗散的試驗裝置及在此基礎上的振動壓實機理研究方法，進一步提高粗顆粒土的振動壓實效率。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的粗顆粒土振動壓實的試驗裝置在測試過程中未考慮累積塑性應變的能量耗散部分，也不能滿足振動壓實過程中土體大變形的要求的問題，而提供的一種用于探究粗顆粒土振動壓實機理的試驗裝置和方法。

本發明提供的用于探究粗顆粒土振動壓實機理的試驗裝置包括有箱體、振動電機、動態數據采集儀、電腦和攝像頭，其中箱體的上部設置有荷載板，荷載板的上部在箱體頂部的兩個側邊上跨設有導軌，導軌頂端的橫梁上穿設有限位桿，振動電機的底座穿設在限位桿的底端，對應振動電機底座的荷載板上裝配有動壓力傳感器，荷載板上還設置有動位移傳感器，動壓力傳感器和動位移傳感器與動態數據采集儀相連接，動壓力傳感器和動位移傳感器能夠把采集到的數據實時傳輸給動態數據采集儀，動態數據采集儀與電腦相連接，動態數據采集儀能夠把收集到的數據實時傳輸到電腦進行儲存和處理，箱體前后的兩側板由鋼化玻璃組成，攝像頭對應鋼化玻璃的側板設置，攝像頭與電腦相連接，攝像頭能夠把箱體內土體的實時影像傳輸到電腦進行儲存和處理。

箱體的下部設置有活動擋板，活動擋板處設置有出料口，由鋼化玻璃組成的箱體側板上設置有刻度尺。

振動電機還連接有調頻器，通過調頻器調節振動電機的振動頻率，振動電機的底部連接有荷載傳遞板，荷載傳遞板的底部與動壓力傳感器的頂端相連接，動壓力傳感器的底部設在荷載板頂面的限位環內。