[发明专利]一种测量粗粒土剪切波速的试验装置、系统及试验方法

权利要求书

1.一种测量粗粒土剪切波速的试验装置，其特征在于，包括外壳、摩擦单元、压电堆栈及加速度传感器；所述外壳为下端开放的壳体，所述摩擦单元的纵剖面为“T”形，“T”形的水平端固定于外壳的顶端，“T”形的垂直端由外壳的顶端插入外壳中并在摩擦单元的“T”形垂直端上固定有加速度传感器和压电堆栈，同时压电堆栈与外壳的内侧壁固定连接；摩擦单元在“T”形水平端的上表面设有凹凸格子状摩擦面； 所述外壳的顶部开有凹槽，所述摩擦单元的“T”形水平端置于该凹槽中，在凹槽与摩擦单元的“T”形水平端下端面之间设有相互平行的圆柱形导轨；摩擦单元与凹槽的缝隙处设有O型圈及硅胶层密封连接。

2.根据权利要求1的一种测量粗粒土剪切波速的试验系统，其特征在于，包括两个测量粗粒土剪切波速的试验装置：分别作为激发端和接收端；所述试验系统还包括依次连接的信号发生器、功率放大器及示波器；同时，功率放大器与激发端的压电堆栈连接；激发端的加速度传感器、接收端的压电堆栈和接收端的加速度传感器分别通过电荷放大器与示波器相连。

3.根据权利要求2的一种测量粗粒土剪切波速的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、系统安装及校核：先将所述试验系统中的激发端和接收端分别嵌入三轴试验仪的底座和顶帽之中并使激发端与接收端的“T”形的水平端的上端面相对设置，在底座和顶帽处安装环状透水板，所述环状透水板与激发端和接收端的外壳之间均设有密封圈；然后进行校核：在三轴压力室内通满水，并启动信号发生器产生激发信号，确保示波器上无接收端的剪切波信号；

S2、确定系统延时：在三轴试验仪中制备饱和的粗粒土试样，并使粗粒土试样的上、下两端面分别与接收端和激发端的摩擦单元的端面紧密贴合；对粗粒土试样进行常规固结试验，通过对粗粒土试样施加不同的围压，确定对应的系统延时Δt_s；

S3、进行剪切波速测试：当粗粒土试样在当前围压下固结稳定后，启动信号发生器产生激发信号，该激发信号经过功率放大器后，经第一传播线路和第二传播线路分别到达示波器并在示波器上显示传播时间;所述第一传播线路为激发信号经功率放大器后直接到达示波器，第二传播线路为激发信号经功率放大器后经激发端、粗粒土试样、接收端以及电荷放大器后到达示波器，经第一传播线路和第二传播线路到达示波器的时间差为信号的实际测量时差Δt_r；示波器中显示激发端和接收端中加速度传感器的实时监测数据；

S4、剪切波速计算：根据步骤S2和S3得到的系统延时Δt_s和实际测量时差Δt_r，得到剪切波经过粗粒土试样的传播时间为Δt=Δt_r-Δt_s，进而确定粗粒土试样的剪切波速为L/Δt，其中，L为粗粒土试样的高度。

4.根据权利要求3所述的一种测量粗粒土剪切波速的试验方法，其特征在于，常规固结试验中所施加的等压固结围压范围为100～1000kPa；从小到大依次施加围压。