[发明专利]一种大型振动液化试验系统及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种大型振动液化试验系统及设计方法。

背景技术

以往在研究地震荷载作用下土体的动力响应特性以及建(构)筑物的受力或变形情况时一般采用室内三轴仪、振动台或离心机等设备，然而室内模型试验通常都在尺寸效应、边界效应等方面存在缺陷，结果的可靠性与试验设备直接相关。鉴于地震发生时间和地点的不可预知性，无法等待地震发生时开展相关试验研究，同时考虑到爆炸地震动与天然地震在诸多方面的相似性，国内外学者开始尝试利用土中爆炸技术合理地安排药包位置、引爆顺序及微差延时，将一系列爆源所产生的地震动在试验区域内合理地延续，创造出与天然地震相似的持续震荡，以实现原位场地人工模拟地震的诱发。

同样地，在振动液化场地内开展大尺寸建(构)筑物的灾变分析研究时，室内仪器设备已不能满足要求。而目前较为新颖的手段是利用多个小型药包相隔一定距离分散布置于土层中(单层或多层)，每个相邻药包设置毫秒延时，以期获得类似地震作用时持续震荡的荷载。目前该方法对于多点微差爆炸液化试验的参数设计主要依赖于对已有试验数据的归纳统计及在此过程中形成的经验判断，尚未形成一套可靠的设计方法和试验系统，无法指导大型振动液化试验环境的人工模拟。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明一种大型振动液化试验系统及设计方法。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种大型振动液化试验设计方法，包括以下步骤：

Stp1、开挖大型试验坑，在坑壁铺设无纺土工布形成回填区域，坑内回填砂土后蓄水饱和；

Stp2、在所述试验坑内钻设多个药孔和孔隙水压力传感器孔，将耐水性炸药和孔隙水压力传感器分别布置在所述药孔和孔隙水压力传感器孔中；

Stp3、调整所述耐水性炸药的药量和埋药深度进行多组单点爆炸液化试验，利用数值模型分析药量、埋深对液化程度和范围的影响，建立单点爆炸液化预测公式，获得场地封闭爆炸的临界比例埋深和单药孔合理用药量；

Stp4、进行多药包试爆试验，获得爆炸液化叠加效应及规律，利用数值模型对总药量、布置形式、起爆延时因素进行优化，建立多药包爆炸液化预测公式，获得大型振动液化试验环境的爆炸设计参数；

Stp5、根据得到的单点爆炸液化预测公式和多药包爆炸液化预测公式，得到振动液化试验系统预测参数；

Stp6、进行多点爆炸液化验证试验，确定大面积振动液化试验系统设计参数。

较佳的，所述Stp1中试验坑内采用挖机抛掷和碾压的方式回填细砂，通过静力触探试验确定场地密实度。

较佳的，所述Stp3中单点爆炸液化预测公式为：

r_u＝0.55-0.256(λ)·ln(Z)+1.154ln(λ)；

式中：r_u为超孔隙水压力比；Z为布药圈内侧比例距离；λ为药包比例埋深；R为爆距；d为药包埋深；W_TNT为炸药TNT当量。

较佳的，所述Stp4中多药包爆炸液化预测公式为：

r_u＝2.268-0.769ln(Z)；

式中：r_u为超孔隙水压力比；Z为布药圈内侧比例距离；R为爆距；W_TNT为炸药TNT当量。

较佳的，所述单点爆炸液化预测公式和多药包爆炸液化预测公式中，当λ≥2.5m/kg^1/3时，取λ＝2.5m/kg^1/3。

一种大型振动液化试验系统，用上述大型振动液化试验设计方法得到，包括：

试验坑，用于进行振动液化试验，所述试验坑内回填有饱和砂土，所述试验坑内设有环形布药圈，所述布药圈上钻设有多个药孔；

爆炸模块，用于通过爆炸形成大面积液化场地，所述爆炸模块包括多组耐水性炸药和高能脉冲起爆器，所述耐水性炸药布置在所述药孔内，其通过导爆管雷管与所述高能脉冲起爆器相连；

数据采集模块，用于采集振动液化试验数据，其布置在所述试验坑内，所述数据采集装置包括孔隙水压力传感器、振动传感器和高速动态数据采集仪，所述布药圈内侧钻设有多个孔隙水压力传感器孔，所述孔隙水压力传感器布置在所述孔隙水压力传感器孔内，所述振动传感器布置于所述孔隙水压力传感器正上方且靠近地表处，所述孔隙水压力传感器和振动传感器均与所述高速动态数据采集仪连接。