[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

说明书

本发明公开了一种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及方法，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；本发明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。

技术领域

本发明属于土工试验领域，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及方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种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、无法根据研究需要测试土样各向异性剪切波速以及不适于测试粒径较大的砾性土的剪切波速的问题，本发明的另一目的在于提供一种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方法。

本发明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；