[实用新型]一种用于模型试验中土体动剪切模量的测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种土木工程模型试验中土体动剪切模量的测试装置，特别涉及重塑土或者试验土的剪切模量的测试装置。

背景技术

土木工程动力学领域中常见的振源可以分为以下两类：

1、自然灾害：地震，火山喷发等诱发振动。

2、人类活动：施工活动，机动车辆行驶，铁路列车行驶等诱发振动。

近几年，地震活动的频发对我国局部地区以及世界范围内各地都造成了极大的人员伤亡和经济损失，其次，基础设施建设在我国进行的如火如荼，为缓解交通压力，地铁工程在我国一二线城市大量兴建，随后也带来一系列问题，尤其是由于列车运行造成的振动问题，其振动影响涉及周围环境、地层稳定性、周围建筑物的安全性等。同时，随着人类安全和环境意识的不断提高，科研工作者将大量精力投入到地层振动研究领域。

地层的动剪切模量G₀是土动力学领域中一个重要的参数，无论是进行模型试验，计算机数值模拟，还是通过数值分析对地层的响应进行研究，都需要地层的剪切模量。因此，地层动剪切模量的测定成为研究进行的基础。研究表明，地层剪切模量与应力水平相关，剪切模量随深度而变化。

模型试验因其具有可控性，可重复性，经济性等特点，成为土木工程研究者常用的研究手段。根据模型试验理论，选取合理的几何比例N(通常取N＝ 20-70)对原型地层或者结构进行缩尺模拟，使得研究问题得以在试验室进行。根据加速度水平，目前常用的模型试验可以分为1g模型试验和离心机模型试验两种。1g模型试验是指在地球重力场作用下进行的常规模型试验，由于模型尺寸的缩小，相应土层深度处的应力水平是原型应力的1/N。离心机试验是指利用高速旋转产生的N倍于重力加速度的离心加速度来抵消由于模型尺寸缩小造成的地应力降低，从而使得原型地应力水平被复制。

因此，在模型试验进行过程中，急需一种适合测试试验中不同深度处土层剪切模量的装置，为地层振动研究的进行提供基础参数。

在小剪切应变范围内(<10^-6)，土的动剪切模量G0和剪切波速VS之间满足以下关系：

G0＝ρ·V_S² (1)

其中：ρ是土的密度。

因此，土的动剪切模量的测定可以通过测试土的剪切波速和密度来获得。其中，土的密度很容易测定。剪切波速的测定的基本思路为通过测试剪切波经过已知两点的时间差来计算剪切波速V_S，通过公式(1)反算出剪切模量。

实用新型内容

鉴于现有技术的以上不足，本实用新型的目的就是提供一种用于测试模型试验中不同深度处土层剪切模量的装置。

本实用新型为实现其目的，所采用的方案是：一种用于模型试验中土体动剪切模量的测试装置。具有与拟模拟的地层空间尺寸相比拟的模型箱100和为实验提供剪切动力的剪切波发生装置200；模型箱100的底部设置有水平放置的剪切波发生器3；模型箱100内充填相应试验用土，在试验用土的不同高度上分层设置有一个以上的加速度计，所述加速度计放置与剪切波发生器3平行，各加速度计的采集数据线与数据采集系统连接；

剪切波发生装置200由空气压缩机1，三通道电磁阀和剪切波发生器3构成；空气压缩机通过三通转接头形成分别与剪切波发生器3左右两端接头相通的左右两个气道，左右两个气道上各连有一个三通道电磁阀；

所述剪切波发生器3主要由两部分组成：一个空心铜管3-C和一个置于空心铜管内的活动钢柱3-D。

通过本实用新型装置测试试验中不同深度处土层V_S，通过公式(1)反算出剪切模量，便利地测试不同深度处土层剪切模量，为地层振动研究的进行提供基础参数。本实用新型装置既适用于1g模型试验又适用于离心机模型试验。

附图说明

图1是本实用新型装置进行试验时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1示出，本实用新型的一种具体实施方式。

整个装置由空气压缩机1，三通道电磁阀2-A、2-B，剪切波发生器3，加速度计4，数据采集系统5和显示系统6六部分组成：