一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，该装置包括各向异性弯曲元剪切波速测试子系统、模型箱、竖向振动台、电液伺服加载系统、反力架和加载板；本实用新型专利技术利用竖向振动台的驱动以改变模型箱内土样的相对密度，通过各向异性弯曲元剪切波速测试子系统测试k0状态土样在上覆荷载相同时不同相对密度对应的水平向和竖向剪切波速，克服了以往一个试样一般只能得到一个相对密度与剪切波速的数据点和现有试验设备无法测试大粒径无黏性土(如砂砾土)各向异性剪切波速等缺点；试验装置适用范围更广，测试更简便，节省了人力物力，大幅度提高了工作效率。

An experimental device for joint testing of anisotropic shear wave velocity and relative density of cohesionless soil under K0 condition

The utility model discloses a test device for the combined measurement of anisotropic shear wave velocity and relative density of cohesionless soil under the condition of k0. The device comprises an anisotropic bending element shear wave velocity testing subsystem, a model box, a vertical shaking table, an electro-hydraulic servo loading system, a reaction frame and a loading plate; the utility model utilizes vertical vibration. In order to change the relative density of the soil sample in the model box, the horizontal and vertical shear wave velocities corresponding to different relative densities under the same overlying load were measured by the anisotropic bending element shear wave velocity testing subsystem. The method overcomes the problem that only one sample can get a relative density and a shear wave velocity in the past. Data points and existing test equipment can not test the anisotropic shear wave velocity of large size non-cohesive soil (such as sandy gravel soil) and other shortcomings; the test equipment is more widely applicable, testing more simple, saving manpower and material resources, greatly improving work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置
本技术属于土工试验领域，尤其涉及一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置。
技术介绍
土层中的剪切波速是衡量土力学性能的综合指标，土的剪切波速受土的结构性、孔隙比、有效应力、应力历史和埋藏条件等因素影响，与抗液化能力也具有很强的相关性，因此剪切波速逐渐发展为液化判别的一种基本指标。室内试验中，可以采用弯曲元、共振柱和动三轴等试验手段测量，而现场通过下孔法、跨孔法和面波分析等方法获得。相对密度是控制与评价无黏性土工程性质的重要指标，是在实际工程设计施工与试验研究中广泛使用的土力学概念。一般用作衡量无黏性土的疏密程度，并综合考虑了孔隙比，颗粒形状和颗粒级配等性质的作用。其直接影响无黏性土的抗液化能力，是影响无黏性土力学性质的本质属性。自然界中，天然土体在形成的过程中或多或少存在变异性，土既不是各向同性的，也不是均质的，而是表现出明显的各向异性，越来越多的学者发现无粘性土的各向异性对其力学性质影响显著。截止目前，对于k0状态下无黏性土各向异性对剪切模量的影响相关研究很少，因此很有必要开展系统的试验研究。控制相对密度条件下，研究无黏性土的剪切波速是解决其剪切波速液化判别问题的重要技术手段。对于沙土等细颗粒无黏性土，类似研究一般借助共振柱试验机或者安装有弯曲元的三轴试验系统，按一定相对密度配置试样，然后安装固结，测试土样的剪切波速。无黏性土的剪切波速测试验广泛开展，但试验装置在技术和操作上仍存在些不足：(1)模型试验装置在不改变应力条件的情况下，一个试样一般只能得到一个相对密度与剪切波速的数据点，费时费力。(2)砾性土试样大于沙土试样数倍，现有试验设备不支持大直径无黏性土剪切波速的测量，限制了试验土类。(3)三轴试样制样与试验周期长，试验时间成本高，设备昂贵，不利于开展大规模试验研究。(4)模型试验装置不能测试无黏性土各向异性剪切波速。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，解决现有装置在不改变应力条件的情况下，一个试样土样只能得到一个相对密度与剪切波速的数据点和无法根据研究需要测试粒径较大的无黏性土各向异性剪切波速的问题。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，包括各向异性弯曲元剪切波速测试子系统、模型箱、竖向振动台、电液伺服加载系统、反力架和加载板；所述各向异性弯曲元剪切波速测试子系统包括水平向激发弯曲元、水平向接收弯曲元、竖向激发弯曲元、竖向接收弯曲元、函数发生器、压电线性放大器、电荷放大器和示波器；所述模型箱固定在竖向振动台上，模型箱内填充土样，所述土样顶部放置加载板；所述电液伺服加载系统上抵反力架，下抵加载板；所述加载板将电液伺服加载系统的压力传至土样，使土样所受竖向压力均匀分布；所述竖向激发弯曲元固定在加载板底面中心的凹槽内；所述竖向接收弯曲元固定在模型箱底板中心的凹槽内；所述水平向激发弯曲元和水平向接收弯曲元分别通过有机玻璃护筒固定在模型箱两个相对的侧壁上，且位置正对；所述压电线性放大器的输入端连接函数发生器，输出端分为三路，第一路与水平向激发弯曲元相连，第二路与竖向激发弯曲元相连，第三路与示波器相连；所述电荷放大器的输入端分别连接水平向接收弯曲元、竖向接收弯曲元，输出端连接示波器。进一步地，所述模型箱采用实心铝板，通过螺栓拼接成无盖箱体结构；模型箱侧面环箍加强铝肋条，可以有效限制试样的侧向变形，保证试样在高应力条件下仍处于k0状态。进一步地，所述加载板采用双层铝板，中间夹有肋条网格。进一步地，所述水平向激发弯曲元、水平向接收弯曲元、竖向激发弯曲元、竖向接收弯曲元外表面包裹环氧树脂，以实现电磁屏蔽；接线端均通过密封胶进行固定，无接线的一端作为自由端，呈悬臂状插入土样中。进一步地，所述压电线性放大器采用高速双极性功率放大器，其输出端为三通形式；所述函数发生器采用任意函数发生器，可以产生不同形状、频率、激发周期等参数的波形，且激发信号能够保持很高的精度；所述示波器采用双通道数字示波器，可以同时对输入、输出信号进行高分辨率显示、采集和存储。进一步地，所述竖向振动台采用偏心转子激励的竖向振动台。本技术相比现有技术具有以下优点：本技术利用竖向振动台的驱动以改变模型箱内土样的相对密度，通过各向异性弯曲元剪切波速测试子系统测试k0状态土样在上覆荷载相同时不同相对密度对应的水平向和竖向剪切波速，克服了以往一个试样一般只能得到一个相对密度与剪切波速的数据点和现有试验设备无法测试大粒径无黏性土(如砂砾土)各向异性剪切波速等缺点；试验装置适用范围更广，测试方法更简便，节省了人力物力，大幅度提高了工作效率。附图说明图1为本技术装置的结构示意图；图2为本技术装置的模型箱详图；图中，电液伺服加载系统1；竖向振动台2；各向异性弯曲元测试子系统3；加载板4；土样5；有机玻璃护筒6；水平向布置的接收弯曲元7；水平向布置的激发弯曲元8；模型箱9；竖向布置的接收弯曲元10；竖向布置的激发弯曲元11；示波器12；反力架13；压电线性放大器14；函数发生器15；加强铝肋条16；电荷放大器17。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。如图1、2所示，本技术提供的一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，包括各向异性弯曲元剪切波速测试子系统3、模型箱9、竖向振动台2、电液伺服加载系统1、反力架13和加载板4；所述各向异性弯曲元剪切波速测试子系统3包括水平向激发弯曲元8、水平向接收弯曲元7、竖向激发弯曲元11、竖向接收弯曲元10、函数发生器15、压电线性放大器14、电荷放大器17和示波器12；所述模型箱9固定在竖向振动台2上，模型箱9内填充土样5，所述土样5顶部放置加载板4；所述电液伺服加载系统1上抵反力架13，下抵加载板4；所述加载板4将电液伺服加载系统1的压力传至土样5，使土样5所受竖向压力均匀分布；所述竖向激发弯曲元11固定在加载板4底面中心的凹槽内；所述竖向接收弯曲元10固定在模型箱9底板中心的凹槽内；所述水平向激发弯曲元8和水平向接收弯曲元7分别通过有机玻璃护筒6固定在模型箱9两个相对的侧壁上，且位置正对；所述压电线性放大器14的输入端连接函数发生器15，输出端分为三路，第一路与水平向激发弯曲元8相连，第二路与竖向激发弯曲元11相连，第三路与示波器12相连；所述电荷放大器17的输入端分别连接水平向接收弯曲元7、竖向接收弯曲元10，输出端连接示波器12。所述模型箱9采用实心铝板，通过螺栓拼接成无盖箱体结构；模型箱9侧面环箍加强铝肋条16，可以有效限制试样的侧向变形，保证试样在高应力条件下仍处于k0状态。3.根据权利要求1所述的k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，其特征在于：所述加载板4采用双层铝板，中间夹有肋条网格。所述水平向激发弯曲元8、水平向接收弯曲元7、竖向激发弯曲元11、竖向接收弯曲元10外表面包裹环氧树脂，以实现电磁屏蔽；接线端均通过密封胶进行固定，无接线的一端作为自由端，呈悬臂状插入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，其特征在于：该装置包括各向异性弯曲元剪切波速测试子系统(3)、模型箱(9)、竖向振动台(2)、电液伺服加载系统(1)、反力架(13)和加载板(4)；所述各向异性弯曲元剪切波速测试子系统(3)包括水平向激发弯曲元(8)、水平向接收弯曲元(7)、竖向激发弯曲元(11)、竖向接收弯曲元(10)、函数发生器(15)、压电线性放大器(14)、电荷放大器(17)和示波器(12)；所述模型箱(9)固定在竖向振动台(2)上，模型箱(9)内填充土样(5)，所述土样(5)顶部放置加载板(4)；所述电液伺服加载系统(1)上抵反力架(13)，下抵加载板(4)；所述加载板(4)将电液伺服加载系统(1)的压力传至土样(5)；所述竖向激发弯曲元(11)固定在加载板(4)底面中心的凹槽内；所述竖向接收弯曲元(10)固定在模型箱(9)底板中心的凹槽内；所述水平向激发弯曲元(8)和水平向接收弯曲元(7)分别通过有机玻璃护筒(6)固定在模型箱(9)两个相对的侧壁上，且位置正对；所述压电线性放大器(14)的输入端连接函数发生器(15)，输出端分为三路，第一路与水平向激发弯曲元(8)相连，第二路与竖向激发弯曲元(11)相连，第三路与示波器(12)相连；所述电荷放大器(17)的输入端分别连接水平向接收弯曲元(7)、竖向接收弯曲元(10)，输出端连接示波器(12)。...

【技术特征摘要】
1.一种k0条件下无黏性土各向异性剪切波速与相对密度联合测试的试验装置，其特征在于：该装置包括各向异性弯曲元剪切波速测试子系统(3)、模型箱(9)、竖向振动台(2)、电液伺服加载系统(1)、反力架(13)和加载板(4)；所述各向异性弯曲元剪切波速测试子系统(3)包括水平向激发弯曲元(8)、水平向接收弯曲元(7)、竖向激发弯曲元(11)、竖向接收弯曲元(10)、函数发生器(15)、压电线性放大器(14)、电荷放大器(17)和示波器(12)；所述模型箱(9)固定在竖向振动台(2)上，模型箱(9)内填充土样(5)，所述土样(5)顶部放置加载板(4)；所述电液伺服加载系统(1)上抵反力架(13)，下抵加载板(4)；所述加载板(4)将电液伺服加载系统(1)的压力传至土样(5)；所述竖向激发弯曲元(11)固定在加载板(4)底面中心的凹槽内；所述竖向接收弯曲元(10)固定在模型箱(9)底板中心的凹槽内；所述水平向激发弯曲元(8)和水平向接收弯曲元(7)分别通过有机玻璃护筒(6)固定在模型箱(9)两个相对的侧壁上，且位置正对；所述压电线性放大器(14)的输入端连接函数发生器(15)，输出端分为三路，第一路与水平向激发弯曲元(8)相连，第二路与竖向激发弯曲元(11)相连，第三路与示波器(12)相连；所述电荷放大器(17)的输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：何绍衡，黄晟，夏唐代，龚晓南，仇浩淼，程康，周飞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33