CN107525577B - 纵波衰减测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种纵波衰减测量装置及方法，涉及土木工程技术领域。该装置包括模型槽、混凝土桩及测量单元，该模型槽用于填充待测土体，该混凝土桩的一端设置在待测土体上，该测量单元与待测土体连接，该待测土体具有预设厚度；该混凝土桩在待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，该纵波在混凝土桩和待测土体中传播；该测量单元测量待测土体的振动加速度并依据振动加速度得到电压信号；当该电压信号满足预设条件时，获取待测土体的改变厚度，以便依据该预设厚度及改变厚度得到待测土体中纵波的衰减范围。该纵波衰减测量装置结构简单，方便用户操作，能够快速准确得到测量结果。

Description

纵波衰减测量装置及方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种纵波衰减测量装置及方法。

背景技术

弹性波在桩和土体中传播时会产生振动，该振动会对周边建筑、场地以及生产生活等产生一定的影响，特别是对精密仪器的生产和运营有较大的影响，确定弹性波在桩和土体中传播时的衰减范围对寸土寸金的城市、企业、高校和科研院所的建设振动分析与减隔振也具有重要意义。

因此，如何确定弹性波在桩和土体中传播时的衰减范围，一直以来都是本领域技术人员关注的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纵波衰减测量装置，以测量纵波在土体中传播时的衰减范围。

本发明的目的还在于提供一种纵波衰减测量方法，以测量纵波在土体中传播时的衰减范围。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提出一种纵波衰减测量装置，用于测量待测土体中纵波的衰减范围。所述纵波衰减测量装置包括模型槽、混凝土桩及测量单元，所述模型槽用于填充所述待测土体，所述混凝土桩的一端设置在所述待测土体上，所述测量单元与所述待测土体连接，所述待测土体具有一预设厚度；所述混凝土桩用于在所述待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩和所述待测土体中传播；所述测量单元用于测量所述待测土体的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号；当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体中纵波的衰减范围。

第二方面，本发明实施例还提出一种纵波衰减测量方法，应用于纵波衰减测量装置。所述纵波衰减测量装置包括模型槽、混凝土桩及测量单元，所述模型槽用于填充所述待测土体，所述混凝土桩的一端设置在所述待测土体上，所述测量单元与所述待测土体连接，所述待测土体具有一预设厚度。所述纵波衰减测量方法包括：所述混凝土桩在所述待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩和所述待测土体中传播；所述测量单元测量所述待测土体的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号；当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体中纵波的衰减范围。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的纵波衰减测量装置及方法，该装置包括模型槽、混凝土桩及测量单元，所述模型槽用于填充所述待测土体，所述混凝土桩的一端设置在所述待测土体上，所述测量单元与所述待测土体连接，所述待测土体具有一预设厚度；所述混凝土桩用于在所述待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩和所述待测土体中传播；所述测量单元用于测量所述待测土体的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号；当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体中纵波的衰减范围。该纵波衰减测量装置及方法通过在模型槽内增加土体量以改变待测土体的厚度，使测量单元测得的电压信号发生变化，当该电压信号满足预设条件时，表明混凝土桩产生的纵波已被混凝土桩下方的待测土体完全吸收，此时根据待测土体厚度的改变量与预设厚度即可得出纵波的衰减范围。该纵波衰减测量装置结构简单，方便用户操作，能够快速准确得到测量结果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明第一实施例所提供的纵波衰减测量装置的结构示意图。

图2示出了本发明实施例所提供的横波衰减测量装置的平面示意图。

图3示出了本发明实施例所提供的测量单元的结构框图。

图4示出了图2中的IV-IV截面剖视图。

图5示出了底板的平面示意图。

图6示出了本发明第二实施例所提供的横波衰减测量方法的流程示意图。

图7示出了图6中步骤S102的具体流程示意图。

图标：100-纵波衰减测量装置；110-模型槽；120-混凝土桩；130-测量单元；140-待测土体；150-塑料薄膜纸；160-底板；112-开口；114-第一安装孔；131-加速度传感器；132-电荷放大器；133-示波器；161-凸部；162-第二安装孔；163-螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

图1为本发明第一实施例所提供的纵波衰减测量装置100的结构示意图，图2为所述纵波衰减测量装置100的平面示意图。请参照图1及图2，所述纵波衰减测量装置100包括模型槽110、混凝土桩120及测量单元130，所述模型槽110用于填充所述待测土体140，所述混凝土桩120的一端设置在所述待测土体140上，所述测量单元130与所述待测土体140连接，用于测量待测土体140的振动加速度，所述待测土体140具有一预设厚度。

在本实施例中，所述混凝土桩120用于在改变所述待测土体140的厚度后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩120和所述待测土体140中传播，以使该待测土体140产生振动。优选地，每次均以预定厚度(例如，10cm)递增的方式向待测土体140上增加土体量并压实到预定的压实度，以改变所述待测土体140的厚度。需要说明的是，在改变所述待测土体140的厚度前，需要对待测土体140进行刮毛处理，以在对增加的土体量进行压实时，能保证层与层之间接触充分，防止土体分层。

在本实施例中，所述测量单元130用于测量所述待测土体140中的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号。如图3所示，为所述测量单元130的结构框图。所述测量单元130包括加速度传感器131、电荷放大器132及示波器133，所述电荷放大器132与所述加速度传感器131、示波器133均电连接。具体地，所述加速度传感器131用于测量所述待测土体140的所述振动加速度并依据所述振动加速度向所述电荷放大器132输出电荷信号；所述电荷放大器132用于将所述电荷信号进行放大后得到所述电压信号并输出至所述示波器133；所述示波器133用于对所述电压信号进行显示。优选地，所述加速度传感器131为压电式加速度传感器，频率范围为0.5～10kHz，参考灵敏度1.88pC/m.s^-2。所述电荷放大器132的宽频率范围为0.3Hz～500Hz，低噪声小于5μV。所述示波器133的带宽≥440MHz，采样速度为5Gs/s。

在本实施例中，当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体140的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体140中纵波的衰减范围。具体地，通过观察示波器133中电压信号的幅值，随着待测土体140的厚度的不断增加，该电压信号的幅值逐渐减小，该幅值减小至接近于0时，表明混凝土桩120产生的纵波已被混凝土桩120下方的所述待测土体140完全吸收，获取此时待测土体140的厚度的增加量(即是上述的改变厚度)，由该改变厚度与待测土体140初始的预设厚度可计算得到该待测土体140中纵波的衰减范围。例如，待测土体140初始的预设厚度为20cm，当该待测土体140的厚度增加了30cm时(即改变厚度为30cm)，示波器133显示的电压信号的幅值已经接近于0，则此时待测土体140的厚度为50cm，从而得到该待测土体140中纵波的衰减范围为20cm～50cm。

如图4所示，为图2中的IV-IV截面剖视图。所述纵波衰减测量装置100还包括塑料薄膜纸150，所述塑料薄膜纸150设置在所述模型槽110的底部，所述待测土体140铺设在所述塑料薄膜纸150上，所述测量单元130通过所述塑料薄膜纸150与所述待测土体140连接。在本实施例中，所述塑料薄膜纸150为聚乙烯pe塑料薄膜纸。

具体地，所述加速度传感器131可拆卸地安装于所述塑料薄膜纸150上。例如，所述加速度传感器131与所述塑料薄膜纸150粘接。在本实施例中，由于该加速度传感器131要用于测量待测土体140的振动加速度，为了将加速度传感器131固定并与待测土体140能够接触，在模型槽110的底部设置该塑料薄膜纸150，以使该加速度传感器131粘接在塑料薄膜纸150而与待测土体140接触，进而便于测量待测土体140的振动加速度。

仍参照图4，所述模型槽110的底部设有开口112，当将所述混凝土桩120放置在所述待测土体140上时，所述开口112与所述混凝土桩120的横截面对齐，所述加速度传感器131通过所述开口112安装在所述塑料薄膜纸150上。模型槽110的侧壁上设有第一安装孔114。

进一步地，如图5所示，所述纵波衰减测量装置100还包括底板160，所述底板160与所述模型槽110可拆卸地连接。具体地，所述底板160上设有凸部161，所述凸部161与所述开口112配合，以便在压实待测土体140时，该土体不会通过开口112漏出。

在本实施例中，所述底板160与所述模型槽110通过螺栓163连接。优选地，所述底板160上还设有第二安装孔162，当把所述底板160安装在所述模型槽110的底部时，将所述第一安装孔114与所述第二安装孔162对齐，然后通过螺栓163进行固定。

在本实施例中，该混凝土桩120的横截面尺寸可以为：0.15m×0.15m，桩长1.5m；该模型槽110的尺寸可以为：长×宽×高＝0.5m×0.5m×1.0m；该塑料薄膜纸150的尺寸可以为长×宽×厚＝0.5m×0.5m×0.04mm；所述开口1121的尺寸与混凝土桩120的横截面尺寸相同，为0.15m×0.15m。应当理解，上述结构的尺寸仅是一种实施方式，并不以此为限定。

采用上述纵波衰减测量装置100测量所述待测土体140中的纵波衰减范围时，可包括如下过程：先确定待测土体140的压实度以及含水率，在模型槽110的底部放入塑料薄膜纸150，并将底板160安装在所述模型槽110的底部，以使凸部161与开口112配合，当压实所述待测土体140时，该凸部161与开口112的配合可使土体不会通过开口112漏出。在该塑料薄膜纸150上铺设预设厚度(例如，20cm)的所述待测土体140，并压实到上述确定的压实度，卸下模型槽110底部安装的底板160，通过所述开口112将加速度传感器131粘接到塑料薄膜纸150上以便于测量待测土体140的振动加速度，并将加速度传感器131与电荷放大器132、示波器133依次电连接。用冲击力锤对所述混凝土桩120进行轴向激振，使混凝土桩120因受外力作用振动而产生纵波，该纵波在该混凝土桩120及待测土体140中传播，进而引起待测土体140振动，该加速度传感器131测量待测土体140的振动加速度并依据该振动加速度向电荷放大器132输出电荷信号，该电荷信号经电荷放大器132放大后最后由示波器133显示出电压信号的幅值。当该预设厚度的待测土体140测量完成后，移开混凝土桩120，取下加速度传感器131，然后再把底板160安装以便向模型槽110中增加土体量并进行压实进而使待测土体140的厚度每次以预定厚度(例如，10cm)增加，将混凝土桩120放在厚度发生改变的待测土体140上，卸下底板160并安装加速度传感器131，再次用冲击力锤轴向激振所述混凝土桩120，并观察示波器133中显示的电压信号的幅值。重复上述过程，可以观察到，随着待测土体140的厚度的增加，该电压信号的幅值逐渐减小，当该电压信号减小至满足预设条件时(例如，幅值接近于0)，则表明混凝土桩120下方的待测土体140完全吸收了待测土体140中传播的纵波，此时根据待测土体140的改变厚度以及初始的预设厚度即可得到待测土体140中纵波的衰减范围。

第二实施例

请参照图6，为本发明第二实施例所提供的纵波衰减测量方法的流程示意图，该横波衰减测量方法可应用于第一实施例中提供的纵波衰减测量装置100中。需要说明的是，本发明实施例所述的纵波衰减测量方法并不以图6以及以下所述的具体顺序为限制，其基本原理和产生的技术效果与第一实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及的部分，可参考第一实施例中的相应内容。应当理解，在其它实施例中，本发明所述的纵波衰减测量方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图6所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S101，所述混凝土桩120在所述待测土体140的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩120和所述待测土体140中传播。

在本实施例中，在改变所述待测土体140的厚度之前，所述待测土体140具有一预设厚度。优选地，每次均以预定厚度(例如，10cm)递增的方式向待测土体140上增加土体量并压实到预定的压实度，以改变所述待测土体140的厚度。

步骤S102，所述测量单元130测量所述待测土体140的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号。

请参照图7，在本实施例中，所述步骤S102具体可包括如下子步骤：

子步骤S1021，所述加速度传感器131测量所述待测土体140的所述振动加速度并依据所述振动加速度向所述电荷放大器132输出电荷信号。

子步骤S1022，所述电荷放大器132将所述电荷信号进行放大后得到所述电压信号并输出至所述示波器133。

子步骤S1023，所述示波器133对所述电压信号进行显示。

步骤S103，判断所述电压信号是否满足预设条件。

在本实施例中，依据示波器133显示的电压信号的幅值大小进行判断，如果满足预设条件(例如，电压信号的幅值接近于0)，则执行步骤S104；如果不满足预设条件，则执行步骤S101，继续改变所述待测土体140的厚度，使得示波器133中显示的电压信号的幅值逐渐减小，直至满足预设条件。

步骤S104，当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体140的改变厚度，以便依据所述待测土体140的预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体140中纵波的衰减范围。

综上所述，本发明实施例所提供的纵波衰减测量装置及方法，该纵波衰减测量装置包括模型槽、混凝土桩、塑料薄膜纸及测量单元，所述模型槽用于填充所述待测土体，所述塑料薄膜纸设置在所述模型槽底部，所述混凝土桩的一端设置在所述待测土体上，所述待测土体具有一预设厚度，所述测量单元包括加速度传感器、电荷放大器及示波器，所述电荷放大器与所述加速度传感器、示波器均电连接，所述加速度传感器可拆卸地安装于所述塑料薄膜纸上。所述混凝土桩用于在所述待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩和所述待测土体中传播。所述加速度传感器用于测量所述待测土体的所述振动加速度并依据所述振动加速度向所述电荷放大器输出电荷信号；所述电荷放大器用于将所述电荷信号进行放大后得到所述电压信号并输出至所述示波器；所述示波器用于对所述电压信号进行显示。当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体中纵波的衰减范围。该纵波衰减测量装置结构简单，方便用户操作，能够快速准确得到测量结果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种纵波衰减测量装置，用于测量待测土体中纵波的衰减范围，其特征在于，所述纵波衰减测量装置包括模型槽、混凝土桩及测量单元，所述模型槽用于填充所述待测土体，所述混凝土桩的一端设置在所述待测土体上，所述测量单元与所述待测土体连接，所述待测土体具有一预设厚度；

所述混凝土桩用于在所述待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩和所述待测土体中传播；每次以预定厚度递增的方式向所述待测土体上增加土体量并压实到预定的压实度，以改变所述待测土体的厚度；所述测量单元用于测量所述待测土体的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号；当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体中纵波的衰减范围。

2.如权利要求1所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述纵波衰减测量装置还包括塑料薄膜纸，所述塑料薄膜纸设置在所述模型槽底部，所述待测土体铺设在所述塑料薄膜纸上，所述测量单元通过所述塑料薄膜纸与所述待测土体连接。

3.如权利要求2所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述测量单元包括加速度传感器、电荷放大器及示波器，所述电荷放大器与所述加速度传感器、示波器均电连接，所述加速度传感器可拆卸地安装于所述塑料薄膜纸上；

所述加速度传感器用于测量所述待测土体的所述振动加速度并依据所述振动加速度向所述电荷放大器输出电荷信号；所述电荷放大器用于将所述电荷信号进行放大后得到所述电压信号并输出至所述示波器；所述示波器用于对所述电压信号进行显示。

4.如权利要求3所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述模型槽的底部设有开口，所述开口与所述混凝土桩的横截面对齐，所述加速度传感器通过所述开口安装在所述塑料薄膜纸上。

5.如权利要求4所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述纵波衰减测量装置还包括底板，所述底板与所述模型槽可拆卸地连接。

6.如权利要求5所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述底板上设有一凸部，所述凸部与所述开口配合。

7.如权利要求5所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述底板与所述模型槽通过螺栓连接。

8.如权利要求3所述的纵波衰减测量装置，其特征在于，所述加速度传感器与所述塑料薄膜纸粘接。

9.一种纵波衰减测量方法，应用于纵波衰减测量装置，其特征在于，所述纵波衰减测量装置包括模型槽、混凝土桩及测量单元，所述模型槽用于填充待测土体，所述混凝土桩的一端设置在所述待测土体上，所述测量单元与所述待测土体连接，所述待测土体具有一预设厚度；

所述纵波衰减测量方法包括：

所述混凝土桩在所述待测土体的厚度改变后，受外力作用而振动产生纵波，其中，所述纵波在所述混凝土桩和所述待测土体中传播；

所述测量单元测量所述待测土体的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号；

当所述电压信号满足预设条件时，获取所述待测土体的改变厚度，以便依据所述预设厚度及所述改变厚度得到所述待测土体中纵波的衰减范围。

10.如权利要求9所述的纵波衰减测量方法，其特征在于，所述测量单元包括加速度传感器、电荷放大器及示波器，所述电荷放大器与所述加速度传感器、示波器均电连接；

所述测量单元测量所述待测土体中的振动加速度，并依据所述振动加速度得到电压信号的步骤包括：

所述加速度传感器测量所述待测土体的所述振动加速度并依据所述振动加速度向所述电荷放大器输出电荷信号；

所述电荷放大器将所述电荷信号进行放大后得到所述电压信号并输出至所述示波器；

所述示波器对所述电压信号进行显示。

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