[实用新型]一种海洋土触变特性测试系统

说明书

本实用新型属于土木工程技术领域，提供了一种海洋土触变特性测试系统。一种基于光纤传感及非接触电阻率技术的海洋土触变特性测试系统，包括基于变压器原理的无电极非接触土体电阻率测试装置、利用光纤布拉格光栅实现测量土体小变形收缩量的测试装置以及一种利用落锥法测试土体不排水抗剪强度的测试装置。与现有海洋软土触变特性评价方法相比，从土体触变的机理出发，创新性的将反映土体结构改变的收缩变形量及电阻率作为触变过程中土体微观结构变化的评价指标，进一步的建立土体触变强度比率与土体结构变化评价指标的关系，提出了一种新型的海洋土触变特性测试系统。

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，涉及一种海洋软土触变强度恢复的测试评价方法，尤其涉及一种基于光纤传感及非接触电阻率技术的海洋土触变特性测试系统及方法。

背景技术

随着海洋强国战略的推进，海洋资源与海洋空间的开发和利用正在如火如荼的进行当中。建设海洋强国，必须进一步认识海洋、经略海洋，加快海洋科技研究创新的步伐。对于多数海洋构筑物，海床是海洋空间结构物的“扎根”的土壤，海床地基和基础的稳定性对海洋结构物的稳定和安全具有至关重要的作用。海床地基在波浪荷载、地震荷载及由结构物间接传递的各类动荷载作用下，土体结构性遭到破坏，诱发强度刚度的退化、超孔压以及塑性应变的累计。海洋土在动荷载作用下的软化灾变将进一步的降低海洋结构物基础的承载力降低，诱发大变形破坏，严重影响海洋构筑物的安全。在外界不利震动荷载消失后，随时间的增长土体的结构和强度将逐渐恢复，岩土工程中将扰动后土体强度随时间的增长而逐渐恢复的现象定义为触变。对于处于相对软弱土层的海洋构筑物基础来说，科学认识海洋土软化后的强度恢复特性，对于海洋锚固基础的优化设计以及运营过程中的安全评估有着至关重要的意义。因此研究海洋软土的触变性，准确评价扰动后的强度恢复特性，对于海床稳定性评价和海洋锚固基础的优化设计方面有重要工程应用价值。

目前，对于饱和软土触变特性的评价主要通过试验手段，研究随时间的推移土体结构及不排水强度的恢复特性。有别于陆地软土，海洋软土的强度往往较低，尤其对于深海软土来说，其强度一般在几十kPa范围内，触变过程的前期对扰动尤为敏感。传统的十字板剪切试验、静力触探探试验等传统强度测试手段在加载初期扰动的影响无法消除，具有天然缺陷，同时受制于测试精度，土体的早期触变特性难以准确评价。另一方面，对于土体触变过程中结构恢复的研究，局限于扫描电镜试验等手段，难以定量的分析土体触变过程中结构的连续变化。综合来看，目前对软黏土触变性的评价多围绕土体抗剪强度这一指标，建立强度-时间函数，未能将触变过程中土体的结构及强度变化进行同步量化分析。

针对这一问题，本实用新型型专利从提高测试精度、降低不利扰动及建立综合反映土体结构恢复及强度变化特性的评价方法入手。在结合传统落锥法强度测试的优点的基础上，创新性的采用测试精度高、抗电磁干扰能力强的光纤光栅传感器，测试土体触变过程中的收缩应变。同步的，利用非接触电阻率测试技术在触变过过程中无扰动、连续的测试土体电阻率的变化。选取归一化的电阻率及收缩应变作为土体结构恢复的评价指标，量化了触变过程中土体结构恢复与抗剪强度的关系，提出了海洋土触变特性的综合评价方法。与现有方法对比，具有评价指标完善、精度高、可量化分析、综合性好的优点，对海洋软土触变特性的评价与研究有重要的参考意义。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于光纤传感及非接触电阻率技术的海洋土触变特性综合评价方法，以实现海洋软土触变过程中土体结构及强度的同步量化分析。该方法基于非接触电磁感应式电阻率测试方法，结合抗电磁干扰、抗腐蚀、精度高的光纤传感技术，实现了交变磁场中土体收缩应变及电阻率的同步量测。创新性的提出将触变过程中土体收缩应变及电阻率的变化作为土体结构变化的评价指标，并通过落锥法测量选定时刻的土体抗剪强度的增量。最终，建立了可综合考量土体结构变化及强度恢复指标的海洋软土触变特性评价方法。

为实现上述目的，采用的技术方案如下：