[发明专利]一种基于外部振源激发的粗粒土剪切波速测试装置、试验系统及方法

说明书

一种基于外部振源激发的粗粒土剪切波速测试装置、试验系统及方法。外部激发装置包括滑动单元、固定单元、扭转单元、限位块、液压杆、推拉式电磁铁及两个激光测距传感器；滑动单元与推拉式电磁铁、固定单元与液压杆分别通过螺纹固定；两个激光测距传感器监测外部激发装置的工作状态并实时调整液压杆高度。试验系统中扭转单元与三轴试验仪加载轴连接，将两个加速度传感器安装在试样侧面；推拉式电磁铁通电后冲击作用于扭转单元，扭转单元产生扭转振动经过试样传播，传感器采集传播至试样不同位置的振动信号并转换为电信号，通过电信号时间差计算土体的剪切波速。本发明能够避免激发装置处于三轴仪内部的高压环境中，结构简单合理、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

本发明涉及土力学三轴试验装置及试验方法，尤其是一种大型三轴试验中测量粗粒土剪切波速的基于外部振源激发的试验装置、试验系统及方法。

背景技术

土体剪切波速是用于描述土体在线弹性应变范围内的关键力学参数之一，在划分地层和场地土类别、判断砂土的液化以及计算岩土动力学参数等方面具有重要的意义。

现阶段实验室通常采用共振柱法和弯曲元法两种方法进行剪切波速测试。其中，共振柱试验造价高昂，计算过程较为繁琐，最大的问题是试样尺寸有限，不能满足大尺寸试样的试验要求。弯曲元法原理明确、方法简单，可以安装于多种土工试验仪器中，但弯曲元在制备试样时易在击实功的作用下破坏。且共振柱法与弯曲元法多用于小尺寸试样，在砂土、黄土以及黏土试验中应用较为广泛。砂砾料和爆破料作为典型的粗粒土，具有压实性好、抗剪强度高等优点，已在工程建设中得到了广泛的应用，而现有的波速测试技术则难以在大型三轴试验中实现对砂砾料和爆破料的剪切波速测试。由此可见，目前亟需一种简单方便的测试粗粒土剪切波速的室内试验装置及方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可用于大型三轴试验仪的结构合理、装配简单、操作方便的土体剪切波速外部激发试验装置及方法。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：

一种基于外部振源激发的粗粒土剪切波速测试装置，包括推拉式电磁铁1、滑动单元2、固定单元3、限位块5及液压杆8。

所述推拉式电磁铁1为带凸起的块体结构；通电之后，其前端部的凸起部分被释放，产生瞬间的冲击力。

所述滑动单元2为块体结构，其下方设有工字型凹槽结构。滑动单元2上端与推拉式电磁铁1通过底面上设有的螺纹孔固定，下方工字型凹槽结构与固定单元3的“工”字形导轨匹配相连，在没有外部限制的情况下其可在导轨上自由滑动。

所述限位块5是块体结构，布置在固定单元3的轨道一侧，其与“工”字形导轨的缝隙处设有垫圈连接，以限制在推拉式电磁铁1工作过程中滑动单元2在固定单元3上的移动。

所述固定单元3包括“工”字形导轨和导轨下端的柱状结构，其中，柱状结构设有两个贯穿的螺纹孔，并与固定单元3的“工”字形导轨底部设有螺纹的一端通过螺栓固定，进而将固定单元3连接为一个整体。

所述液压杆8为伸缩杆，具体为能够收缩的柱状结构；其顶部焊接在固定单元3底部，组合成为一个整体。液压杆8与液压伺服控制器7连接，其在液压伺服控制器7的控制下能够通过改变自身的长度实现固定单元3的升降，进而达到调节推拉式电磁铁1高程位置的目的。

一种基于外部振源激发的粗粒土剪切波速测试试验系统，所述的试验系统包括外部激发试验装置、扭转单元4、两个激光测距传感器6、液压伺服控制器7、两个加速度传感器9、电荷放大器12、示波器13。