[发明专利]一种小型高频低应力幅土动三轴仪

说明书

本发明公开了一种小型高频低应力幅土动三轴仪，包括加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞、气缸、砝码、推杆、压力室；所述的加载系统可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述的轴向应力的控制通过控制活塞的推力和砝码的重量实现，所述的围压由压力室提供，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样，实现高频动荷载的高振次加载，获得较高的测量精度。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术和环境振动工程领域，具体地说，特别涉及到一种小型高频低应力幅土动三轴仪。

背景技术

地下空间利用中的交通荷载、机械振动对周边土体产生动荷载作用，其特点是循环次数多、动应力幅小，而且土体具有较大的正应力水平。土体在这样的动荷载作用下可产生孔隙水压上升、土体软化等现象。

液压、气压或齿轮驱动的土动三轴仪是目前室内实验的常见实验装置，可以再现正应力水平(达到400kPa)，但是其频率低(一般低于20Hz)，低应力幅控制困难(一般高于5kPa)，长期加载的运行成本高(液压系统的油源温度上升)等。这对于模拟上述动荷载作用是非常不利的。采用振动加载模式的土动三轴仪是上个世纪流行的实验装置，但对于低应力幅控制困难，对正应力的测量精度不高，同样不满足对上述动荷载的模拟。

小型高频土动荷载实验装置是最近出现的实验装置，其特征是频率高(例如100Hz)，低应力幅控制简单(一般低于5kPa)，且长期加载的运行成本低的装置；非常适合模拟地表附近的交通荷载、机械振动。但是其难于达到较高的正应力水平，且不能控制围压，所以难以模拟较深土层的三维受力情况。

目前室内实验装置无法同时满足这几个要求，所以需要设计出一种频率高 (例如100Hz)、动应力幅低(一般低于5kPa)、正应力水平比较高(400kPa)，且长期加载的运行成本低的装置。小型高频低应力幅土动三轴仪是为弥补上述仪器的不足而提出的一种实验装置，其设计原理与以往仪器的原理完全不同，目前国内还没有此类实验装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种小型高频低应力幅土动三轴仪，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种小型高频低应力幅土动三轴仪，包括加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞、气缸、砝码、推杆、压力室；所述的压力室位于底座上，所述的压力室内设有试样，所述的试样为橡皮膜覆盖，所述的橡皮膜的上下两端分别固定在底座和顶盖，所述的多段推杆底端连接顶盖，所述的多段推杆的上设有拉压传感器，所述的砝码与推杆之间用螺栓固结，所述的活塞位于气缸内部，所述的活塞的一端与推杆顶端连接；所述的加载系统可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述的轴向应力的控制通过控制活塞的推力和砝码的重量实现，所述的围压由压力室提供，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样，实现高频动荷载的高振次加载，获得较高的测量精度。

进一步的，所述的加载系统的加载框架通过底座固定在振动台台面上；通过增减砝码和调节振动台加速度，可实现对低应力幅的精确控制。

进一步的，所述的加速度测量系统的加速度传感器通过磁力座直接固定在砝码上，测定砝码的加速度，加速度传感器通过导线连接在数采仪上。

进一步的，所述的轴力测量系统包括拉压传感器的上下端都与相应的推杆相连，传感器电路接入数采仪。

进一步的，所述的水压测量系统包括水压传感器的探头通过管道与压力室底部相连，传感器电路接入数采仪。