本发明专利技术涉及一种室内模拟土体液化的实验装置及实验方法，主水箱内放置试验土样，在主水箱的一侧箱壁上安装连接管，连接管呈L型，连接管的垂直部分主水箱底面垂直；在主水箱的底面垂直安装孔压计；橡胶管的一端与动压力水箱的封闭端连通，橡胶管的另一端伸入连接管的垂直部分内；推波板由动压力水箱的开口端嵌入，且推波板的板面平行于动压力水箱的封闭端，联动杆的一端垂直固定在推波板的中心，联动杆的另一端穿设水平滑道且通过不锈钢接头与连接杆的一端固定，连接杆的另一端固定在转轮上，转轮的中心套设在电机的电机轴上；本发明专利技术将土体液化这一抽象概念进行教学试验演示，具有可操作性、成本低、方便快捷以及可重复演示等优点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
一种室内模拟土体液化的实验装置及实验方法
[0001]本专利技术涉及一种室内模拟土体液化的实验装置及实验方法，属于在海洋工程设施建设和使用过程中涉及的土体液化实验模拟领域。
技术介绍
[0002]我们生活的地球处于一个广泛的振动环境之中，包括海浪、地震和大气环流等自然因素产生的振动和各种人类活动引起的振动，如建筑施工、铁路和公路交通、工业和爆破等。而在海洋工程设施建设和使用中，波浪荷载引起的海床液化是容易发生的。土体液化(英语：Soil liquefaction)是指土体因外部循环荷载作用，造成土体内孔隙水压力上升，土骨架颗粒间的有效应力下降为零，土体失去剪应力强度，呈现液体形态。液化时砂与水混和成如泥浆般的液体，使土壤失去支撑力，造成房屋倾斜、地层下陷、地下管线破裂或上浮。
[0003]现有技术“一种土壤液化灾害的模拟演示装置”(CN 110534005 B)提供了一种关于对土体液化的模拟结构，但是其仅是对液化现象的表象展示，并不能真实模拟真实土体液化的发生；“一种模拟波浪荷载作用下海底隧道动态响应模型试验装置”(CN 106706266 B)提出了一种模拟波浪荷载的方法，但并未包括真实波浪荷载与土体液化；“一种大比尺水槽造波机导轨滑块配合位姿自适应机构”(CN 112414670 A)提供了一种大比尺造波的导轨机构专利技术，虽然此种机构能够以铰轴为中心转动以适应导轨水平误差的影响，但上述装置安装结构复杂，操作较繁琐；以及“一种推波板式造波机及其工作方法”(CN 114235337 A)提出了一种造波方法，此装置虽能够平稳造波，但受场地限制较大，且对基础有一定的要求。
[0004]因此亟需一种新型的关于土体液化的模拟装置，来解决上述难题。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种室内模拟土体液化的实验装置及实验方法，将土体液化这一抽象概念进行教学试验演示，具有可操作性、成本低、方便快捷以及可重复演示等优点。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种室内模拟土体液化的实验装置，包括主水箱、动压力水箱、水平滑道、连接杆以及转轮，主水箱内放置试验土样，在主水箱的一侧箱壁上安装连接管，前述的连接管呈L型，连接管的垂直部分主水箱底面垂直；在主水箱的底面垂直安装孔压计；
[0008]橡胶管的一端与动压力水箱的封闭端连通，橡胶管的另一端伸入连接管的垂直部分内；
[0009]推波板由动压力水箱的开口端嵌入，且推波板的板面平行于动压力水箱的封闭端，联动杆(9)的一端垂直固定在推波板的中心，联动杆(9)的另一端穿设水平滑道且通过不锈钢接头与连接杆的一端固定，连接杆的另一端固定在转轮上，转轮的中心套设在电机的电机轴上；其中，连接杆的长度大于转轮的直径；
[0010]连接管内水面高度高于主水箱内水面高度，连接杆的另一端位于转轮的初始点与
转轮的圆心连接线垂直于地面；
[0011]启动电机，转轮带动连接杆推拉推波板，连接管内的水面发生循环上升和下降，对试验土样表面施加荷载，模拟对试验土样的波浪压力；
[0012]基于所述室内模拟土体液化的实验装置的实验方法，具体包括以下步骤：
[0013]步骤S1：打开主水箱的开口端，在主水箱的底面垂直安装孔压计；
[0014]步骤S2：将试验土样均匀放置在主水箱的底部，同时向主水箱内注入水，主水箱内水面低于连接管与箱壁的连接处，静置试验土样；
[0015]步骤S3：将连接管的横向部分粘合在主水箱的箱壁上，向连接管内注水，直至连接管内的水面高于主水箱内的水面；
[0016]步骤S4：橡胶管的一端与动压力水箱的封闭端连通，橡胶管的另一端伸入连接管内，联动杆(9)的另一端穿设水平滑道；
[0017]步骤S5：联动杆(9)的另一端安装不锈钢接头，不锈钢接头与连接杆的一端固定，连接杆的另一端固定在转轮上；
[0018]步骤S6：启动电机，转轮带动连接杆发生旋转，推波板在动压力水箱内进行往复运动，在动压力水箱内产生压力差，压力差通过橡胶管传递至连接管内，连接管内的水面发生循环的上升与下降，在主水箱内模拟形成波浪压力；
[0019]步骤S7：孔压计测量试验土样内的实时孔隙水压，观察试验土样的液化现象；
[0020]作为本专利技术的进一步优选，橡胶管一端距离地面的高度小于橡胶管另一端距离地面的高度；
[0021]作为本专利技术的进一步优选，连接杆的另一端固定在转轮上的位置不固定；
[0022]作为本专利技术的进一步优选，连接管垂直向的开口端高于主水箱的开口端；
[0023]作为本专利技术的进一步优选，所述试验土样选用砂土或者粉土；
[0024]作为本专利技术的进一步优选，模拟形成的波浪压力荷载计算公式为
[0025][0026]公式(1)中，P
d
为波浪对海床顶部造成的荷载，ρ为水的密度，g为重力加速度，A为波浪振幅，k为波数，h为主水箱内水面距离试验土样顶部的距离，T为波浪周期，即为转轮转动一周所需的时间；
[0027]其中，L为波长；
[0028]作为本专利技术的进一步优选，前述波浪振幅A为波浪中心至波峰顶部的垂直距离，即
[0029][0030]公式(2)中，S为转轮每转动四分之一圆周时推波板的行程，具体
[0031]l为转轮圆心到连接杆一端之间的距离，r为连接杆的另一端与转轮圆心之间的距离；
[0032]作为本专利技术的进一步优选，判断试验土样是否液化的公式为
[0033]σ
′
z
＝
‑
(γ
s
‑
γ
w
)z+(p
‑
P
d
)≤0
ꢀꢀꢀ
(3)
[0034]公式(3)中，σ
′
z
为试验土样竖向有效应力，γ
s
为试验土样的重度，γ
w
为水的重度，
z为试验土样的深度，p为试验土样内某点孔压，P
d
为波浪对海床顶部造成的荷载。
[0035]通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]1、本专利技术提供的室内模拟土体液化的实验装置通过调节转轮的转速、连接杆与转轮固定时的几何位置，即可实现不同试验条件下的荷载作用情况，从而模拟不同波浪条件作用下土体液化的表现形式；
[0037]2、本专利技术提供的室内模拟土体液化的实验装置，结构简单，操作方便，将现有关于土体液化这一抽象概念通过教学试验进行演示，同时可以重复使用；
[0038]3、本专利技术提供的室内模拟土体液化的实验装置，能够稳定的制造出所需振幅的波浪，且受场地限制较小，移动方便，适合多场所使用。
附图说明
[0039]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0040]图1是本专利技术提供的优选实施例的整体结构示意图；
[0041本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种室内模拟土体液化的实验装置，其特征在于：包括主水箱(1)、动压力水箱(3)、水平滑道(4)、连接杆(5)以及转轮(6)，主水箱(1)内放置试验土样(7)，在主水箱(1)的一侧箱壁上安装连接管，前述的连接管呈L型，连接管的垂直部分主水箱(1)底面垂直；在主水箱(1)的底面垂直安装孔压计(8)；橡胶管(2)的一端与动压力水箱(3)的封闭端连通，橡胶管(2)的另一端伸入连接管的垂直部分内；推波板(10)由动压力水箱(3)的开口端嵌入，且推波板(10)的板面平行于动压力水箱(3)的封闭端，联动杆(9)的一端垂直固定在推波板(10)的中心，联动杆(9)的另一端穿设水平滑道(4)且通过不锈钢接头与连接杆(5)的一端固定，连接杆(5)的另一端固定在转轮(6)上，转轮(6)的中心套设在电机的电机轴上；其中，连接杆(5)的长度大于转轮(6)的直径；连接管内水面高度高于主水箱(1)内水面高度，连接杆(5)的另一端位于转轮(6)的初始点与转轮(6)的圆心连接线垂直于地面；启动电机，转轮(6)带动连接杆(5)推拉推波板(10)，连接管内的水面发生循环上升和下降，对试验土样(7)表面施加荷载，模拟对试验土样(7)的波浪压力。2.基于权利要求1所述室内模拟土体液化的实验装置的实验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：打开主水箱(1)的开口端，在主水箱(1)的底面垂直安装孔压计(8)；步骤S2：将试验土样(7)均匀放置在主水箱(1)的底部，同时向主水箱(1)内注入水，主水箱(1)内水面低于连接管与箱壁的连接处，静置试验土样(7)；步骤S3：将连接管的横向部分粘合在主水箱(1)的箱壁上，向连接管内注水，直至连接管内的水面高于主水箱(1)内的水面；步骤S4：橡胶管(2)的一端与动压力水箱(3)的封闭端连通，橡胶管(2)的另一端伸入连接管内，联动杆(9)的另一端穿设水平滑道(4)；步骤S5：联动杆(9)的另一端安装不锈钢接头，不锈钢接头与连接杆(5)的一端固定，连接杆(5)的另一端固定在转轮(6)上；步骤S6：启动电机，转轮(6)带动连接杆(5)发生旋转，推波板(10)在动压力水箱(3)内进行往复运动，在动压力水箱(3)内产生压力差，压力差通过橡胶管(2)传递至连接管内，连接管内的水面发生循环的上升与下降，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋倜倜，陈武杰，杨沐盛，张弛，彭莉，郑金海，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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