[發明專利]測定土體在雷電沖擊作用下強度性能變化的裝置及其測定方法

在審

• 申請號: 202210086110.9
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114720304A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 饒平平;項遠兵;吳志林;歐陽昢晧;王齊苘;馮偉康
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/10;G01N1/28
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 梁劍

本發明提出一種測定土體在雷電沖擊作用下強度性能變化的裝置及其測定方法，本發明裝置主要包括沖擊電流發生器、上試樣盒、下試樣盒、接地極、透水石、加壓板、加壓活塞、壓力傳感器、差動位移計、液壓系統、計算機數據采集系統，沖擊電流發生器能用于產生雷電沖擊電流，上試樣盒與下試樣盒可用于容納土體和接地極，接地極有兩個，一個接地極與沖擊電流發生器的電流輸出端電連接，另一個接地極接地，試樣盒可用于進行直剪試驗與單向壓縮試驗，測定土體力學強度變化。本發明裝置能很好地模擬雷電沖擊對土體造成的力學強度變化，從而為探究土體雷電致災害機理提供參考。

技術領域

本發明涉及環境巖土工程領域，尤其涉及一種測定土體在雷電沖擊作用下強度性能變化的裝置及其測定方法。

背景技術

雷電是地球上普遍存在的自然現象，全球平均每年總共發生14億次，頻率約為每秒45次，這其中有超過一半的閃電發生在云內，盡管云地間閃電僅占閃電的三分之一，但其對地表環境的影響最大。云地閃電具有瞬時性、突發性以及高危險性等特點，其實際為強大雷電流向大地釋放能量的過程，每次云地閃電都涉及10⁹-10¹⁰J的能量，盡管其中大部分能量在空氣傳導中被消耗以產生雷聲、熱空氣、光和無線電波，但擊中地面時，仍有約108J的能量釋放進大地中，其峰值電流依然可以達到幾十千安，甚至數百千安，持續數十微秒，巨大能量會對土體造成顯著的力學沖擊效應。

目前，大量研究僅針對于接地裝置的雷電沖擊特性，而雷電沖擊作用對于土體造成的影響研究卻十分欠缺。值得說明的是，首先，無論是采用接地裝置或者是其他的防雷措施，最終雷電流的巨大能量均將泄放入土體中，必然會對土體造成一定強度損傷；其次，在接地裝置的防雷設計中，接地裝置的暫態特性對防雷效果有很大影響，然而，埋設在土中的接地裝置與土體作為一個緊密接觸的整體，接地裝置的暫態特性和防雷效果將會直接受到周圍土體的影響；最后，針對于現有的土體在雷電沖擊作用下的研究裝置與方法，對雷電和巖土工程的交叉研究的范圍和深度仍遠遠不夠，如申請號為201310202692.3的“土體在雷電沖擊作用下的電性相應測定裝置”專利，該專利的主要缺點是僅能對雷電沖擊作用下土中的電流波形和孔隙水壓力進行測定，不能獲取雷電沖擊作用對土體的一些力學強度性能變化數據，且采用兩塊電極板作為接地系統的電極并不符合實際情況，對于測定的電流波形等數據對于注重于力學特性的巖土工程領域價值不大。因此，對于現有研究雷電對土體造成的影響裝置和技術的欠缺，特別是雷電沖擊造成土體的力學強度性能變化等特征的研究尚有很多不成熟的地方，開發設計一種能測定雷電沖擊作用下土體力學強度性能變化的裝置和方法具有重要意義

發明內容

本發明的目的在于提出一種可對在雷電沖擊前后土體的力學強度性能變化進行測定的裝置和方法。

為達到上述目的，本發明提出一種測定土體在雷電沖擊作用下強度性能變化的裝置，包括試樣盒、兩根接地極、土體直剪模組、土體單向壓縮模組、計算機采集系統和沖擊電流發生器；

所述試樣盒通過上下對稱設置的上試樣盒和下試樣盒組成；所述試樣盒內部填充有土樣，兩根所述接地極預埋于所述土樣內，一根所述接地極與所述沖擊電流發生器電連接，另一跟所述接地極接地；

所述上試樣盒的頂部為通孔，所述土體單向壓縮模組通過所述通孔向內部土樣施壓；所述土體直剪模組與所述上試樣盒連接，推動所述上試樣盒相對所述下試樣盒位移；

所述土體直剪模組、土體單向壓縮模組和所述沖擊電流發生器均與所述計算機采集系統信號連接。

進一步的，還包括支架和底座；

所述試樣盒通過螺栓固定于所述底座上，所述土體直剪模組和所述土體單向壓縮模組通過所述支架圍繞于所述試樣盒外周布置。

進一步的，在所述試樣盒內，所述土體的頂面和底面均鋪設有透水石層。