[实用新型]测量土体剪切波速的组合式扭剪试验装置及系统

说明书

测量土体剪切波速的组合式扭剪试验装置及系统，由上至下依次包括约束罩体、旋转主轴及振动单元；所述振动单元包括接触底板及固定于接触底板上的压电堆栈；旋转主轴的下端插接于接触底板的中心，旋转主轴的上端与约束罩体固定连接。本实用新型结构简单合理、装配简单、操作方便，在岩土工程及结构健康监测领域具有良好的推广价值。

技术领域

本实用新型涉及土力学三轴试验装置、系统，尤其是一种用于大型三轴试验仪中的测量土体剪切波速的组合式扭剪试验装置及系统。

背景技术

土体剪切波速在岩土工程设计中是非常重要的力学参数，对建筑场地类别划分、饱和砂土液化判断、土基震陷沉降以及土体各向异性程度量化等方面具有重要的意义。土体剪切波速度的室内测试技术主要包括：共振柱法、弯曲元法、超声波法等。其中，弯曲元法由于其测试原理明确、方法简单直观，已被应用在多种土工试验仪器中，其中以三轴试验仪最为广泛。然而，在大型三轴试验制样击实以及高应力条件加载过程中，弯曲元等压电材料极易破坏，导致弯曲元法多应用于细颗粒土和小型三轴试验仪，现有加装弯曲元的三轴设备目前已知支持的最大试样尺寸为150mm×300mm(直径×高度)。因此，在试验过程中，激发频率的选择范围会受到较强的限制，进而制约了频散问题的研究。弯曲元需插入测试土样中，因此对测试土样存在一定的扰动，此外，采用弯曲元法时，通常根据发射电压信号和接收电压信号计算剪切波速，然而，发射电压信号为特定的理想信号，其本身无法反映土的特性，经过土体传播后的接收信号与发射信号在属性上存在较大差异，进而对互相关法在确定剪切波传播时间上的应用造成了理论上的障碍。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可用于大型三轴试验仪的结构合理、装配简单、操作方便且可以解决弯曲元法存在各种弊端的测量土体剪切波速的组合式试验装置及系统。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案：测量土体剪切波速的组合式扭剪试验装置，由上至下依次包括约束罩体、旋转主轴及振动单元；所述振动单元包括接触底板及固定于接触底板上的压电堆栈；旋转主轴的下端插接固定于接触底板的中心，旋转主轴的上端与约束罩体固定连接。

所述接触底板的上表面固定有压电堆栈保护块，在压电堆栈保护块的侧面开设有置入槽，以使压电堆栈插接固定于该置入槽中。

所述置入槽设于压电堆栈保护块的上部，并使置入槽的开口端朝向约束罩体的内侧壁；所述约束罩体的侧壁上开有限位螺栓孔，并使该限位螺栓孔正对所述置入槽的开口端；所述压电堆栈的上端固定有保护帽，并使保护帽朝向所述限位螺栓孔将压电堆栈插入置入槽中；限位螺栓的端部通过限位螺栓孔抵于保护帽上，以使压电堆栈、接触底板及约束罩体固定于一体。

所述约束罩体的下方设有与旋转主轴的上端部和所述压电堆栈保护块相配适的限位槽，以使所述旋转主轴的上端和所述压电堆栈保护块与约束罩体插接，并通过固定件固定在一起。

所述接触底板上对称设有两个压电堆栈保护块，每个压电堆栈保护块上对称开设有两个置入槽，并使所述置入槽的轴线平行于接触底板的上端面。

所述接触底板的上表面边缘为倒角结构，接触底板侧壁设有贯穿接触底板的排水通孔。

所述保护帽为半球形端帽。

测量土体剪切波速的组合式扭剪试验系统，包括组合式扭剪试验装置、信号发生器、功率放大器、电荷放大器、示波器及至少两个加速度传感器；所述信号发生器与功率放大器相连，组合式扭剪试验装置中的压电堆栈与功率放大器相连；加速度传感器分别与电荷放大器相连，电荷放大器与示波器相连。。