[发明专利]测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置及其测定方法

权利要求书

1.一种测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，其特征在于，包括试样盒、两根接地极、土体直剪模组、土体单向压缩模组、计算机采集系统和冲击电流发生器；

所述试样盒通过上下对称设置的上试样盒和下试样盒组成；所述试样盒内部填充有土样，两根所述接地极预埋于所述土样内，一根所述接地极与所述冲击电流发生器电连接，另一跟所述接地极接地；

所述上试样盒的顶部为通孔，所述土体单向压缩模组通过所述通孔向内部土样施压；所述土体直剪模组与所述上试样盒连接，推动所述上试样盒相对所述下试样盒位移；

所述土体直剪模组、土体单向压缩模组和所述冲击电流发生器均与所述计算机采集系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，其特征在于，还包括支架和底座；

所述试样盒通过螺栓固定于所述底座上，所述土体直剪模组和所述土体单向压缩模组通过所述支架围绕于所述试样盒外周布置。

3.根据权利要求1所述的测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，其特征在于，在所述试样盒内，所述土体的顶面和底面均铺设有透水石层。

所述上试样盒的顶部设有排水孔；所述上试样盒和所述下试样盒的侧面设有用于接地极外接的孔洞；所述上试样盒和所述下试样盒对接配合后通过螺栓固定成盒。

4.根据权利要求1所述的测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，其特征在于，所述土体单向压缩模组包括：竖向差动位移计、竖向压力传感器、竖向活塞和液压系统；

所述竖向活塞设于所述试样盒的上方，通过所述液压系统驱动，实现对土体的按压，所述竖向差动位移计记录所述土体的形变量，所述竖向压力传感器与所述液压系统信号连接，记录压力；所述竖向活塞和所述竖向差动位移计均与所述计算机采集系统信号连接。

5.根据权利要求1所述的测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，其特征在于，所述土体直剪模组包括水平差动位移计、水平活塞、水平压力传感器和液压系统；

所述水平活塞通过所述液压系统设于所述上试样盒的侧边，所述水平差动位移计记录所述上试样盒的位移距离，所述水平压力传感器与所述液压系统信号连接，记录水平压力；所述水平差动位移计和所述水平压力传感器均与所述计算机采集系统信号连接。

6.一种对雷电冲击作用下土体的力学强度性能变化进行测定的方法，使用如权利要求1-5中任意一项所述的测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1)：确定试验参数；

S2)：根据试验参数安装实验装置；

S3)：进行雷电冲击前的土体直剪试验和单向压缩试验；获得雷电冲击作用前土样的力学参数指标：粘聚力X1、内摩擦角Y1和压缩模量Z1；

S4)：进行雷电冲击放电试验；

S5)：进行雷电冲击前的土体直剪试验和单向压缩试验，获得雷电冲击后土体的力学参数指标：粘聚力X2、内摩擦角Y2和压缩模量Z2；

S6)：试验结果分析；通过计算公式和得各雷电流参数和土样参数条件下的土体力学强度变化大小，为土体雷电致灾机理与力学性状演化规律提供重要的数据支撑。

7.根据权利要求6所述的对雷电冲击作用下土体的力学强度性能变化进行测定的方法，其特征在于，在S1)中，试验参数包括：土体含水率、含盐量、酸碱度、接地极的尺寸和布置距离，雷电流幅值和波形参数，制作多组所设计的土样。

8.根据权利要求6所述的对雷电冲击作用下土体的力学强度性能变化进行测定的方法，其特征在于，在S2)中，根据试样盒尺寸与所设土体初始孔隙率计算土料用量，按接地极布置距离设计要求填入土料和接地极，将土料压实至上试样盒顶面，安装多组装置。

9.根据权利要求6所述的对雷电冲击作用下土体的力学强度性能变化进行测定的方法，其特征在于，在S3)中，启动液压系统通过竖向活塞对每组试验施加不同的竖向压力，待土样稳定后启动水平活塞，以恒定速度向右推动上试样盒，开始剪切试验至土样破坏；剪切过程中计算机数据采集系统获取土样的剪切-位移曲线，通过数据处理可以得到每组试样土体的粘聚力、内摩擦角强度参数，取其平均值作为该土样条件下的土体强度参数；启动液压系统通过竖向活塞向土样依次施加不同级别的竖向压力，各级别竖向压力依次增加，每次需待变形稳定后再施加下一级别的竖向压力，计算机数据采集系统将记录每个压力级别下的竖直差动位移计读数，通过数据处理可得到土体的压缩模量等变形参数，取其平均值作为该土样条件下的土体变形参数；

在步骤S5)中，采用与步骤S3)相同的操作步骤。