[发明专利]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及方法

权利要求书

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)，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)。

2.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。

4.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，呈悬臂状插入土样(5)中。

5.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：所述压电线性放大器(14)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(15)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(12)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。

6.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：所述竖向振动台(2)采用偏心转子激励的竖向振动台。

7.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：通过控制竖向振动台(2)的振动幅度、频率与振动时长，使模型箱(9)内的土样(5)振动加密，进而控制试验过程中土样(5)在上覆压力不变的条件下改变相对密度。

8.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：所述各向异性弯曲元剪切波速测试子系统(3)在竖向振动台(2)停机稳定后，准确地测试模型箱(9)内土样(5)中的水平向和竖向剪切波速。