CN106468720B - 颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒间细观流场观测的振动液化发生装置，包括石英玻璃试样容器、围压施加机构、水压监测系统、磁力振动系统；围压施加机构用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与石英玻璃试样容器相连，另一个腔室与水槽连接；水压力监测系统包括两个微型孔隙水压力计，其中一个微型孔隙水压力计放置在石英玻璃试样容器的试样中，另一个微型孔隙水压力计放置在连接水槽与腔室的管道内；磁力振动系统包括旋转磁铁条、驱动磁铁条和电动机，旋转磁铁条放置在石英玻璃试样容器内，驱动磁铁条由电动机带动旋转并放置在石英玻璃试样容器底面外部。本发明可以有效降低石英玻璃容器的振动，方便颗粒间细观流场的激光粒子测速拍照观测。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程研究领域，尤其涉及一种颗粒间细观流场观测的振动液化发生装置及试验方法。
背景技术
饱和松散砂土地基在地震荷载作用下会发生液化，宏观上表现为土体中孔隙水压力上升，同时土体固相的有效接触应力为零，这时土体性质类似于流体并丧失抗剪强度。地震液化造成以下危害：例如房屋倾斜、地基沉降、地铁隧道上浮、道路路基滑移等。目前对于液化时颗粒间细观流场的研究还不够，虽然可以考虑采用激光粒子测速照相（PIV）技术观测液化时颗粒间的流场，但因为观测区域比较小，观测时对液化容器的整体振动控制有较高要求。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种通过在液化容器外产生旋转磁场，驱动石英玻璃试样容器内的旋转磁铁条产生液化，从而有效降低了石英玻璃试样容器的振动，有利于颗粒间细观流场的测速拍照的颗粒间细观流场观测的振动液化发生装置及试验方法。
本发明的技术方案：一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，包括石英玻璃试样容器、围压施加机构、水压监测系统、磁力振动系统,所述石英玻璃试样容器内放置石英玻璃球和盐水试样；所述围压施加机构用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与石英玻璃试样容器相连，另一个腔室与水槽连接并将水压力通过橡胶膜传递给石英玻璃试样容器；所述水压力监测系统包括两个微型孔隙水压力计，其中一个微型孔隙水压力计放置在石英玻璃试样容器的试样中，测试石英玻璃试样容器内的孔隙水压力，另一个微型孔隙水压力计放置在连接水槽与腔室的管道内，测试水槽传递至橡胶膜上的水压力；磁力振动系统包括旋转磁铁条、驱动磁铁条和电动机，旋转磁铁条放置在石英玻璃试样容器内，驱动磁铁条由电动机带动旋转并放置在石英玻璃试样容器底面外部，驱动磁铁条产生的旋转磁场驱动旋转磁铁条，使石英玻璃试样容器内的试样发生振动液化。
优选地，所述石英玻璃试样容器圆柱管、可拆卸安装在圆柱管顶部的第一圆形盖子和可拆卸安装在圆柱管底部的第二圆形盖子，其中第一圆形盖子上有两个空心圆柱接口。
优选地，两个空心圆柱接口分别为第一圆柱接口和第二圆柱接口，所述第一圆柱接口与围压施加机构连接，所述第二圆柱接口是石英玻璃容器中的微型孔隙水压力计的电线与数据源采集器的连接通道。
优选地，两个腔室分别为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与石英玻璃试样容器相连，所述第二腔室与水槽连接并将水压力通过橡胶膜传递给石英玻璃试样容器。
优选地，所述圆柱管、第一圆形盖子和第二圆形盖子均由石英玻璃制成，所述圆柱管的外径38mm、壁厚3mm、高76mm，所述第一圆形盖子和第二圆形盖子的直径均为38mm，第一圆形盖子的厚度为4mm，第二圆形盖子的厚度为2mm。
优选地，所述旋转磁铁条的直径为6mm，旋转磁铁条的长为10mm。
优选地，所述第一圆柱接口和第二圆柱接口的内径为1mm，壁厚为1mm，高为20mm，第一圆柱接口和第二圆柱接口离第一圆形盖子边缘的最小距离为3mm；所述的石英玻璃球的平均粒径为1mm，盐水的浓度为26%，石英玻璃试样容器、石英玻璃球和盐水的折射率相同。
优选地，两个微型孔隙水压力计分别为第一微型孔隙水压力计和第二微型孔隙水压力计，所述第一微型孔隙水压力计放置在石英玻璃试样容器开口30mm处，第一微型孔隙水压力与离石英玻璃试样容器的外壁距离也为30mm，所述第二微型孔隙水压力计放置在连接水槽与第二腔室的管道内，并与第一微型孔隙水压力计在同一水平面上。
优选地，所述围压施加机构与石英玻璃试样容器和水槽都用软管连接，所述橡胶膜放置在围压施加机构的中间处。
一种颗粒间细观流场观测的振动液化发生装置的试验方法，包括下述步骤：
步骤1：将石英玻璃和盐水试样灌入石英玻璃试样容器内；
步骤2：在石英玻璃试样容器内放置第一微型孔隙水压力计和旋转磁铁条；
步骤3：在石英玻璃试样容器的石英玻璃球和盐水试样表层均匀地倒入示踪粒子，然后给石英玻璃试样容器盖上带有圆柱接口的圆形盖子，第一微型孔隙水压力计的电线从圆形盖子上的圆柱接口中穿出来，与数据采集器连接；然后用加热法将石英玻璃试样容器内试样间的气体从有第一圆柱接口和第二圆柱接口排出；
步骤4：在连接水槽和第二腔室的管道中放入第二微型孔隙水压力计；
步骤5：将压力隔离机构内的第二腔室与水槽和石英玻璃试样容器连接，并在水槽里注满水，然后电机带动驱动磁铁条产生旋转磁场，此旋转磁场驱动旋转磁铁条引发石英玻璃试样容器内的石英玻璃球和盐水振动；
步骤6：当两个微型孔隙水压力计的动压力值相等时，则石英玻璃试样容器中的石英玻璃球和盐水试样发生液化。
第二圆柱接口还可以是石英玻璃试样内试样间的气体排放口。
本发明的有益效果是通过在液化容器外产生旋转磁场，驱动石英玻璃试样容器内的旋转磁铁条产生液化，从而有效降低石英玻璃容器的振动，方便颗粒间细观流场的激光粒子测速拍照观测，且装置透明可视化，可观测颗粒的液化过程。
附图说明
图1为本发明的整体组装结构示意图；
图2为本发明的圆柱管示意图；
图3为本发明的第一圆形盖子示意图；
图4为本发明的第二圆形盖子俯视图；
图中1.圆柱管、2.第二圆形盖子、3.第一圆形盖子、4.第一圆柱接口、5.第二圆柱接口、6.旋转磁铁条、7.电动机、8.第一微型孔隙水压力计、9.围压施加机构、10.橡胶膜、11.第一腔室、12.第二腔室、13.第二微型孔隙水压力计、14.水槽、15.驱动磁铁条。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-4所示，颗粒间细观流场观测的振动液化发生装置，包括石英玻璃容器、围压施加机构、水压监测系统、磁力振动系统。所述石英玻璃试样容器包括圆柱管1、第二圆形盖子2、第一圆形盖子3。圆柱管1装满石英玻璃球和盐水试样；围压施加机构9内有第一腔室11和第二腔室12，两个腔室用橡胶膜10隔离，其中第一腔室11与石英玻璃试样容器相连，第二腔室12与水槽14相连。所述水压监测系统包括第一微型孔隙水压力计8和第二微型孔隙水压力计13，第一微型孔隙水压力计8放置在石英玻璃试样容器内的试样之中，测试石英玻璃试样容器内的石英玻璃球间的孔隙水压力，第二微型孔隙水压力计13放置在连接水槽14和第二腔室12的管道内，测得第二腔室12内的总水压力值，将所测得孔隙水压力与第二腔室12内的总水压值进行比较，判断石英玻璃试样内的试样是否达到液化条件。第一微型孔隙水压力计8的电线从石英试样容器的有接口盖子3上的第一接口4穿出去。磁力振动系统包括驱动磁铁条15，旋转磁铁条6和电动机7，旋转磁铁条6放置在石英玻璃试样容器内，电动机7带动驱动磁铁条15转动形成旋转磁场，从而带动旋转磁铁条6振动，给石英玻璃试样容器内的石英玻璃球和盐水试样提供磁力振动力。
本发明颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置的工作过程如下：
步骤1：在石英玻玻璃试样容器内放入石英玻璃球和盐水试样；具体步骤如下：用玻璃胶将圆柱管1与第二圆形盖子2连接，然后用勺子将石英玻璃球放入圆柱管1内并分层铺满。用量筒量一定量的盐水，将盐水慢慢倒入装满石英玻璃球的石英玻璃试样容器中，直至盐水和石英玻璃球混合物与石英玻璃试样容器的最上边沿口平行。
步骤2：在石英玻璃试样容器内放置第一微型孔隙水压力计8和旋转磁铁条6；具体步骤如下：用量尺丈量石英玻璃试样容器，并在离石英玻璃试样容器开口15mm和30mm处用笔各划一道线，当石英玻璃球试样放置到第一道划线处时，将旋转磁铁条6放置在石英玻璃试样容器内的中间处；当石英玻璃球试样放置到第二道划线处时，用量尺在石英玻璃试样容器的开口处与开口平行的方向丈量30mm，然后将第一微型孔隙压力计8放置在离石英玻璃试样容器开口30mm、离外壁30mm处的石英玻璃球试样中，然后继续放置石英玻璃球试样。
步骤3：在石英玻璃试样容器的石英玻璃球和盐水试样表层均匀地倒入示踪粒子，然后给石英玻璃试样容器盖上第一圆形盖子3，第一微型孔隙水压力计8的电线从第一圆形盖子上的第一圆柱接口4中穿出来，与数据采集器连接；然后用加热法将石英玻璃试样容器内试样间的气体从有第一圆柱接口4和第二圆柱接口5排出。
步骤4：放置第二微型孔隙水压力计13；具体步骤如下：在连接水槽14和第二腔室12的管道内放置第二微型孔隙水压力计13，使第二微型孔隙水压力计13与第一微型孔隙水压力计8在同一水平面处。
步骤5：将第二腔室12与水槽14连接，将第一腔室11与第二圆柱接口5连接，并在水槽14内注满水，然后设定电动机7的转速，电动机7带动驱动磁铁条15转动形成旋转磁场，从而带动旋转磁铁条6振动，给石英玻璃试样容器内的石英玻璃球和盐水试样提供磁力振动力。
步骤6：当两个微型孔隙水压力计的动压力值相等时，则石英玻璃试样容器中的石英玻璃球和盐水试样发生液化。
本发明中驱动磁铁条与石英玻璃试样容器底面不接触。
围压施加机构为一压力隔离机构。
Claims (10)
1.一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：其包括石英玻璃试样容器、围压施加机构、水压监测系统、磁力振动系统,所述石英玻璃试样容器内放置石英玻璃球和盐水试样；所述围压施加机构用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与石英玻璃试样容器相连，另一个腔室与水槽连接并将水压力通过橡胶膜传递给石英玻璃试样容器；所述水压监测系统包括两个微型孔隙水压力计，其中一个微型孔隙水压力计放置在石英玻璃试样容器的试样中，测试石英玻璃试样容器内的孔隙水压力，另一个微型孔隙水压力计放置在连接水槽与腔室的管道内，测试水槽传递至橡胶膜上的水压力；磁力振动系统包括旋转磁铁条、驱动磁铁条和电动机，旋转磁铁条放置在石英玻璃试样容器内，驱动磁铁条由电动机带动旋转并放置在石英玻璃试样容器底面外部，驱动磁铁条产生的旋转磁场驱动旋转磁铁条，使石英玻璃试样容器内的试样发生振动液化。
2.根据权利要求1所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：所述石英玻璃试样容器圆柱管、可拆卸安装在圆柱管顶部的第一圆形盖子和可拆卸安装在圆柱管底部的第二圆形盖子，其中第一圆形盖子上有两个空心圆柱接口。
3.根据权利要求2所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：两个空心圆柱接口分别为第一圆柱接口和第二圆柱接口，所述第一圆柱接口与围压施加机构连接，所述第二圆柱接口是石英玻璃容器中的微型孔隙水压力计的电线与数据源采集器的连接通道。
4.根据权利要求3所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：两个腔室分别为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与石英玻璃试样容器相连，所述第二腔室与水槽连接并将水压力通过橡胶膜传递给石英玻璃试样容器。
5.根据权利要求2所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：所述圆柱管、第一圆形盖子和第二圆形盖子均由石英玻璃制成，所述圆柱管的外径38mm、壁厚3mm、高76mm，所述第一圆形盖子和第二圆形盖子的直径均为38mm，第一圆形盖子的厚度为4mm，第二圆形盖子的厚度为2mm。
6.根据权利要求1所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：所述旋转磁铁条的直径为6mm，旋转磁铁条的长为10mm。
7.根据权利要求2所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：所述第一圆柱接口和第二圆柱接口的内径为1mm，壁厚为1mm，高为20mm，第一圆柱接口和第二圆柱接口离第一圆形盖子边缘的最小距离为3mm；所述的石英玻璃球的平均粒径为1mm，盐水的浓度为26%，石英玻璃试样容器、石英玻璃球和盐水的折射率相同。
8.根据权利要求4所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：两个微型孔隙水压力计分别为第一微型孔隙水压力计和第二微型孔隙水压力计，所述第一微型孔隙水压力计放置在石英玻璃试样容器开口30mm处，第一微型孔隙水压力与离石英玻璃试样容器的外壁距离也为30mm，所述第二微型孔隙水压力计放置在连接水槽与第二腔室的管道内，并与第一微型孔隙水压力计在同一水平面上。
9.根据权利要求3所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置，其特征在于：所述围压施加机构与石英玻璃试样容器和水槽都用软管连接，所述橡胶膜放置在围压施加机构的中间处。
10.根据权利要求4所述的一种颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置的试验方法，其特征在于：其包括下述步骤：
步骤1：将石英玻璃和盐水试样灌入石英玻璃试样容器内；
步骤2：在石英玻璃试样容器内放置第一微型孔隙水压力计和旋转磁铁条；
步骤3：在石英玻璃试样容器的石英玻璃球和盐水试样表层均匀地倒入示踪粒子，然后给石英玻璃试样容器盖上带有圆柱接口的圆形盖子，第一微型孔隙水压力计的电线从圆形盖子上的圆柱接口中穿出来，与数据采集器连接；然后用加热法将石英玻璃试样容器内试样间的气体从有第一圆柱接口和第二圆柱接口排出；
步骤4：在连接水槽和第二腔室的管道中放入第二微型孔隙水压力计；
步骤5：将第二腔室与水槽连接，第一腔室与第二圆柱接口连接，并在水槽里注满水，然后电机带动驱动磁铁条产生旋转磁场，此旋转磁场驱动旋转磁铁条引发石英玻璃试样容器内的石英玻璃球和盐水振动；
步骤6：当两个微型孔隙水压力计的动压力值相等时，则石英玻璃试样容器中的石英玻璃球和盐水试样发生液化。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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