CN103439203A - 一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法 - Google Patents

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陆小龙
顾万里
顾闻
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Abstract

本发明涉及一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，该方法包括以下步骤：(1)准备工作：制备高80mm，直径在38～39mm之间的软土试样，真空抽气饱和，并将双向振动仪装置进行排气；(2)装样：将步骤(1)制得的软土试样装填在双向振动仪装置上；(3)围压固结：根据《土工试验规范》施加290kPa的反压和350kPa的围压；(4)动力试验：待固结完成后，将软土试样与双向振动仪装置拉力帽接合紧密，关闭排水阀门，先施加静力的轴向偏应力，达到预定值后，立刻施加对称的正弦循环荷载，加荷方式为力控制式；待软土试样严重破坏时停止加载；(5)卸载，拆样：将所有荷载卸去，拆除土样。与现有技术相比，本发明具有可循环加载、使用范围广等优点。

Description

一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法
技术领域
本发明涉及一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法。
背景技术
软(粘)土一般具有高含水率、大孔隙比、低强度、触变性和结构性等特点。在地震荷载作用下，其动孔压和剪切强度都发生了变化，土体表现出明显的应变软化现象。循环荷载作用下软粘土性状的研究涉及到试样因素、试验方法和条件、动荷因素等影响问题，不同试样、试验方法和研究侧重面就会得出不同的结论。
试验方式按试验设备分循环三轴试验、循环扭剪试验、循环单剪试验、共振柱试验等；按试验时的控制方式分应力控制式和应变控制式；按循环试验方式有单向循环试验(Monotonic Cyclic)和双向循环试验；按试验方法的不同可分为两种，单向激振试验和双向激振试验。
循环三轴试验是指在三轴试样的一端或两端施加轴向循环荷载或同时施加轴向和径向循环荷载的试验；循环扭剪试验是指在试样上施加循环扭剪力的动力试验；循环单剪试验是指在试样上施加循环剪切力的试验；共振柱试验是指在试样的一端施加扭剪或轴向力，在该力作用下通过改变动荷频率使试样共振，以获得土样的剪切波速或压缩波速，继而得到试样的动力学性质的试验。应力(荷载)控制式循环试验是指试验时施加的循环动荷载使试样上的应力幅值保持不变，而应变控制式循环试验是指试验过程中施加的循环动荷载使试样上的应变幅值保持不变的试验。单向循环试验是指循环试验过程中施加的动荷载使试样始终处于压或拉应力状态，而双向循环试验是指循环试验过程中施加的动荷载使试样始终处于压和拉交替应力状态。单向激振动三轴试验又叫常侧压动三轴试验，是将试样所受的水平轴向应力保持静态恒定，只周期性地改变竖向轴压的大小。双向激振动三轴试验也叫变侧压动三轴试验，是同时施加轴向和径向循环荷载，并可以通过控制荷载的大小和相位差来改变土体的受力，它可以克服单向激振试验的某些不足。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)准备工作：制备高80mm，直径在38～39mm之间的软土试样，真空抽气饱和，并将双向振动仪装置进行排气；
(2)装样：将步骤(1)制得的软土试样装填在双向振动仪装置上；
(3)围压固结：根据《土工试验规范》施加290kPa的反压和350kPa的围压，待孔压上升到接近围压并稳定后，打开上排水阀门进行排水，固结时间为24小时；
(4)动力试验：待固结完成后，将软土试样与双向振动仪装置拉力帽接合紧密，关闭排水阀门，先施加静力的轴向偏应力，大小等于偏移应力，待偏应力达到预定值后，立刻施加对称的正弦循环荷载，加荷方式为力控制式；记录孔压、应变、动荷载数据，动力试验过程中排水阀门始终关闭；待软土试样严重破坏时停止加载；对于超固结土样，回弹有效应力均为60kPa，先期最大应力由超固结比确定，排水回弹时间为30分钟；
(5)卸载，拆样：将所有荷载卸去，拆除土样。
所述的双向振动仪装置包括三轴压力器，围压控制器，反压控制器，信号控制器，主控计算机，发动机，所述的三轴压力器设置在围压控制器上，并通过制动单元连接三轴压力器和围压控制器，所述的反压控制器连接三轴压力器，所述的信号控制器分别连接制动单元、三轴压力器，围压控制器，反压控制器和主控计算机，所述的发动机分别连接三轴压力器和围压控制器。
所述的三轴压力器包括顶盖、压力室、底座、所述的压力室位于顶盖和底座之间，所述的制动单元由底座底部插入压力室，并由顶盖穿出，轴向制动器顶部连接发动机。
所述的底座上设有通向压力室的水力接头、孔压传感器安装孔、围压传感器安装孔，水力接头设有两个，分别连接下排水阀门和上排水阀门。
所述的反压控制器包括反压腔、控制器和数字面板，所述的反应腔依次连接控制器和数字面板，其中反压腔分别连接下排水阀门和上排水阀门。
所述的信号控制器内设有高速数据采集和控制卡，信号控制器连接设置在三轴压力器上的孔压传感器和围压传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)可在10Hz范围内同时进行轴压和围压的循环加载(双向独立控制，并可以自定义波形，力控制式)；
(2)可在10Hz范围内对试样施加循环的轴向变形(应变控制式)；
(3)可模拟复杂的静、动应力路径；
(4)可进行常规的三轴试验，包括拉伸和压缩试验，应力控制和应变控制；
(5)可进行K0固结和膨胀试验。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，该方法包括以下步骤：
(1)准备工作：制备高80mm，直径在38～39mm之间的软土试样，真空抽气饱和，并将双向振动仪装置进行排气；
(2)装样：将步骤(1)制得的软土试样装填在双向振动仪装置上；
(3)围压固结：根据《土工试验规范》施加290kPa的反压和350kPa的围压，待孔压上升到接近围压并稳定后，打开上排水阀门进行排水，固结时间为24小时；
(4)动力试验：待固结完成后，将软土试样与双向振动仪装置拉力帽接合紧密，关闭排水阀门，先施加静力的轴向偏应力，大小等于偏移应力，待偏应力达到预定值后，立刻施加对称的正弦循环荷载，加荷方式为力控制式；记录孔压、应变、动荷载数据，动力试验过程中排水阀门始终关闭；待软土试样严重破坏时停止加载；对于超固结土样，回弹有效应力均为60kPa，先期最大应力由超固结比确定，排水回弹时间为30分钟；
(5)卸载，拆样：将所有荷载卸去，拆除土样。
所述双向振动仪装置，如图1所示，包括三轴压力器1，围压控制器2，反压控制器3，信号控制器4，主控计算机5，发动机6，所述的三轴压力器1设置在围压控制器2上，并通过制动单元7连接三轴压力器1和围压控制器2，所述的反压控制器3连接三轴压力器1，所述的信号控制器4分别连接制动单元7、三轴压力器1，围压控制器2，反压控制器3和主控计算机5，围压控制器的腔体容积为200,000mm3，顶部有管道连1980，通过活塞运动实现加压，最大压力可达3MPa。所述的发动机6分别连接三轴压力器1和围压控制器2，形成循环系统，可以在实验过程中实现自动补偿，最大压力可达3MPa。
所述的三轴压力器1包括顶盖11、压力室12、底座13、所述的压力室12位于顶盖11和底座13之间，所述的制动单元7由底座底部插入压力室，并由顶盖穿出，轴向制动器顶部连接发动机。
所述的底座13上设有通向压力室的水力接头131、孔压传感器安装孔132、围压传感器安装孔，水力接头设有两个，分别连接下排水阀门133和上排水阀门134。
所述的反压控制器3包括反压腔31、控制器32和数字面板33，所述的反应腔31依次连接控制器32和数字面板33，其中反压腔31分别连接下排水阀门133和上排水阀门134。反压控制器的最大容积为200,000mm3，最大压力可达2MPa，它与三轴压力室的上下排水阀门相连，既可以施加反压又可以作为实验装置的排水通道，可以通过固结过程中反压控制器体积的变化计算土样体积变化。
所述的信号控制器内设有高速数据采集和控制卡，信号控制器连接设置在三轴压力器上的孔压传感器和围压传感器。信号控制器包括模拟和数字信号控制器，模拟信号控制器包括一个八通道板，它控制传感器并设定传感器的参数，不同颜色的通道控制不同传感器。数字信号控制器包括一个八通道控制板，负责处理从HSDAC卡传送到各控制器的数字信号。

Claims (6)

1.一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)准备工作：制备高80mm，直径在38～39mm之间的软土试样，真空抽气饱和，并将双向振动仪装置进行排气；
(2)装样：将步骤(1)制得的软土试样装填在双向振动仪装置上；
(3)围压固结：根据《土工试验规范》施加290kPa的反压和350kPa的围压，待孔压上升到接近围压并稳定后，打开上排水阀门进行排水，固结时间为24小时；
(4)动力试验：待固结完成后，将软土试样与双向振动仪装置拉力帽接合紧密，关闭排水阀门，先施加静力的轴向偏应力，大小等于偏移应力，待偏应力达到预定值后，立刻施加对称的正弦循环荷载，加荷方式为力控制式；记录孔压、应变、动荷载数据，动力试验过程中排水阀门始终关闭；待软土试样严重破坏时停止加载；对于超固结土样，回弹有效应力均为60kPa，先期最大应力由超固结比确定，排水回弹时间为30分钟；
(5)卸载，拆样：将所有荷载卸去，拆除土样。
2.根据权利要求1所述的一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，所述的双向振动仪装置包括三轴压力器，围压控制器，反压控制器，信号控制器，主控计算机，发动机，所述的三轴压力器设置在围压控制器上，并通过制动单元连接三轴压力器和围压控制器，所述的反压控制器连接三轴压力器，所述的信号控制器分别连接制动单元、三轴压力器，围压控制器，反压控制器和主控计算机，所述的发动机分别连接三轴压力器和围压控制器。
3.根据权利要求2所述的一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，所述的三轴压力器包括顶盖、压力室、底座、所述的压力室位于顶盖和底座之间，所述的制动单元由底座底部插入压力室，并由顶盖穿出，轴向制动器顶部连接发动机。
4.根据权利要求3所述的一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，所述的底座上设有通向压力室的水力接头、孔压传感器安装孔、围压传感器安装孔，水力接头设有两个，分别连接下排水阀门和上排水阀门。
5.根据权利要求4所述的一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，所述的反压控制器包括反压腔、控制器和数字面板，所述的反应腔依次连接控制器和数字面板，其中反压腔分别连接下排水阀门和上排水阀门。
6.根据权利要求2所述的一种循环荷载作用下软土的动力特性试验方法，其特征在于，所述的信号控制器内设有高速数据采集和控制卡，信号控制器连接设置在三轴压力器上的孔压传感器和围压传感器。
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