CN108760541A - 一种土体动力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种土体动力测试装置，涉及海洋测试设备的技术领域。本发明包括测试箱，测试箱的底部铺设有土体，测试箱的内部盛装有海水，测试箱上设有压力测量机构，测试箱的上方连接有加载板机构；加载板机构连接有循环动力机构和位移测量机构，压力测量机构连接有计算机控制机构，加载板机构包括位于底部具有平面结构的板体和位于板体上部的锥体。本发明的加载板机构对土体形成中间压力大而周边压力逐渐减小的平面加载变化，产生类似波峰到波谷过渡的波浪加载效果，有效模拟了波浪作用下海床土体的液化情况，真实反映了波浪作用下海床土体的动力学特性，准确测定了海床土体液化时的孔压和土压，操作方便，经济实用。

Description

一种土体动力测试装置

技术领域

本发明涉及海洋测试设备的技术领域，特别是指一种土体动力测试装置。

背景技术

较大的风浪会使海床发生液化，波浪引起的海床液化问题是海岸及近海工程必须考虑的关键问题之一，波浪作用下海床的稳定性分析也是海底管线、防波堤和海洋平台基础设计中的重要内容。波浪作用使海床产生振荡孔隙水压力和残余孔隙水压力，当孔隙水压力来不及消散，海床内部孔隙水压力就会积累，即残余孔隙水压力上升，从而引起土体有效应力降低，削弱海床土体的抗剪切强度甚至导致土体的液化。海床土体在波浪作用下发生液化，液化在发生和发展的过程中，有效应力减小，土体呈现出流体状态，超孔隙水压力与土体的自身重力相等。

目前，在波浪作用下海床土体的液化研究中主要依靠动三轴仪或波浪水槽对海水下土体液化情况进行监测。动三轴仪包括压力室、激振设备和量测设备三个组成部分，这种动三轴仪的压力室尺寸过小，不能实现波浪的一个加载过程中对海床土体水平向上的波浪形加载模式，不能真正模拟波浪作用下海床土体的液化情况，无法满足实验需求，而且，这种动三轴仪价格昂贵；波浪水槽可以通过造波机模拟波浪作用下海床土体的液化试验，但是，这种波浪水槽需要的海水用量很大，而且，无法实现大波浪对海床作用的模拟，工作量大，波浪水槽费用高。

发明内容

本发明提出一种土体动力测试装置，解决了现有技术中动三轴仪和波浪水槽无法有效模拟波浪作用下海床土体的液化情况而导致其测试结果不准确、工作量大和费用高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：包括测试箱，所述测试箱的底部铺设有土体，所述测试箱的内部盛装有海水，所述测试箱上设有用于对其内土压和孔压进行测试的压力测量机构，所述测试箱的上方连接有加载板机构；所述加载板机构连接有驱动其沿着竖直方向做往复直线运动的循环动力机构，所述加载板机构还连接有对其运动位移进行监测的位移测量机构，所述压力测量机构连接有计算机控制机构，所述位移测量机构也与所述计算机控制机构连接；所述加载板机构包括加载板，所述加载板包括位于底部具有平面结构的板体和位于所述板体上部的锥体，所述加载板具有弹性，所述锥体与所述循环动力机构连接，所述板体向上运动远离所述测试箱，所述板体向下运动进入所述测试箱的海水中。

本发明的测试箱连接有锥型加载板，这种锥型设置的加载板具有上小下大的构造，在一次加载过程中，对土体形成中间压力大而周边压力逐渐减小的平面加载变化，产生类似波峰到波谷过渡的波浪加载效果，有效模拟了波浪作用下海床土体的液化情况，真实反映了波浪作用下海床土体的动力学特性；本发明在位移测量机构、压力测量机构和计算机控制机构的配合作用下，准确测定了海床土体液化时的孔压和土压，操作方便，经济实用。本发明的土体动力测试装置是一种模拟波浪施加于海床土体不同平面处不同垂向荷载的循环加载及测量的装置，涉及到在垂向荷载作用下，土体发生液化时对土体中土压和孔压的测试，可用于波浪作用下海床土体的液化研究的设备。

作为一种优选的实施方案，所述循环动力机构包括电机、转盘、调位杆和加载杆，所述电机与所述转盘连接，所述调位杆的一端与所述转盘固定连接，所述调位杆的另一端与所述加载杆的一端转动连接，所述加载杆的另一端与所述锥体连接。循环动力机构可实现加载板机构的垂向循环加载，当电源接通时，电机带动转盘进行旋转运动，转盘的旋转运动通过调位杆转化为加载杆的竖直方向上的直线运动，从而带动加载板进行竖直方向上的往复直线运动，进而对土体施以周期性压力，从而模拟波浪对海底土体的作用。

作为一种优选的实施方案，所述转盘上设有调位槽，所述调位杆的一端与所述调位槽固定连接，所述转盘的底部设有支撑座，所述加载杆包括位于同一条竖直直线上的第一加载杆和第二加载杆，所述第一加载杆和所述第二加载杆通过定位套筒连接。在调位槽里，靠近圆心的地方，转幅小，加载杆上下运动的幅度也小，反之，远离圆心的地方，转幅大，加载杆上下运动的幅度也大；通常情况下，调位杆通过螺钉固定在调位槽内，如果需要调节调位杆与圆心的距离，松动螺钉，滑动调位杆，到指定位置，再拧紧螺钉，即可。转盘安装在支撑座上，使其稳固放置，方便使用；第一加载杆和第二加载杆在定位套筒的作用下，使其直线运动稳固，不会出现偏离现象，充分保证了加载板机构在同一直线上的往复运动。

作为一种优选的实施方案，所述位移测量机构包括位移传感器、设置在所述锥体上的反射板和设置在所述板体上的第一压力探头，所述测试箱上设有支架，所述位移传感器位于所述支架上，所述位移传感器、所述反射板和所述第一压力探头位于同一条直线上，所述第一压力探头通过第一导线与所述计算机控制机构连接。位移传感器通过支架固定在测试箱的上方并距离测试箱有足够的距离，保证了位移传感器的稳定安装，同时也不妨碍加载板机构的上下方向上的往复直线运动；位移传感器、反射板与第一压力探头在布置上一一对应，位移传感器可以通过反射板感应加载板的运动距离计算出加载板上不同部位的运动距离，从而通过位移测量机构测定加载板机构的运动距离，同时通过第一压力探头测得该位置的受力变化，实时记录了加载过程中加载板底部的运动位移，从而判断土体液化时的应力情况。在模拟波浪作用下，同一平面上不同位置的土体在测得其应力大小的同时，还测得该位置的应变状态，实现了同一平面上不同位置土体的应力应变状态的一一对应。

作为一种优选的实施方案，所述锥体上设有供所述第一导线通过的通孔，所述板体上设有安装所述第一压力探头的安装孔。这种锥型设置的加载板机构可以是圆锥形，也可以是多棱锥形，例如：四棱锥；通常情况下，测试箱的形状与加载板的形状对应一致，加载板为圆锥形，测试箱则为圆柱形，加载板为四棱锥形，测试箱则为长方体形；锥体上设有通孔，第一导线通过通孔汇集到一起，并在远离加载板机构的方向固定，避免了第一导线对加载板机构运动过程的影响。加载板与测试箱之间留有一定空间，在加载过程中，测试箱底部上的土体受到垂向荷载而产生向周边膨胀的趋势，用于模拟波浪作用时前后连续波浪对海底土体的作用。

作为一种优选的实施方案，所述压力测量机构包括第二压力探头，所述第二压力探头包括孔压探头和土压探头，所述第二压力探头沿所述测试箱的周向呈均匀阵列分布，所述第二压力探头通过第二导线与所述计算机控制机构连接。在测试箱的同一位置上同时测定其土压和孔压，因此，在同一位置处同时安装了土压探头和孔压探头；通常情况下，孔压探头和土压探头按照一定刻度沿测试箱的周向均匀布置，每个布置点的土压探头和孔压探头并排设置于同一深度处，用以测量土体在整个试验过程中的受力情况，并通过计算机控制机构直接显示或控制。

作为一种优选的实施方案，所述测试箱上设有供所述第二压力探头穿过并使其放置的探头孔，所述探头孔上设有用于对所述测试箱进行密封的密封装置，所述探头孔的数量大于所述第二压力探头的数量。探头孔的一端即位于测试箱的内壁的一侧安放有第二压力探头即土压探头和孔压探头，第二导线沿着探头孔由测试箱的内部向外穿出，在测试箱的外部探头孔采用密封装置进行密封，充分保证了测试箱内海水的稳定性；探头孔的数量很多，可以根据实际情况选择需要安装压力测量机构的位置，选择灵活。

作为一种优选的实施方案，所述密封装置包括内密封柱和套设在所述内密封柱外部的外密封柱，所述内密封柱和所述外密封柱通过螺纹连接，所述内密封柱和所述外密封柱上均设有供所述第二导线通过的弹性孔，所述弹性孔内设有密封塞。需要放置土压探头和孔压探头时，取下密封装置上的密封塞，将第二导线穿入弹性孔，再将内密封柱和外密封柱拧紧，并塞入探头孔，从而达到了密封和连通第二压力探头的作用；其余不放置第二压力探头的探头孔也通过该密封装置进行密封，此时无需去掉弹性孔上的密封塞。

作为一种优选的实施方案，所述测试箱上还连接有基质吸力测量管，所述基质吸力测量管与所述压力测量机构的高度对应一致。基质吸力测量管的安装位置均与压力探头的位置一一对应，分别紧贴于测试箱的周向，从下部引至外部；基质吸力测量管与土压探头、孔压探头配套使用，尤其在针对非饱和土体的液化研究中，用于测量非饱和土体在循环荷载作用下，水在运移过程中含水量的变化。

作为一种优选的实施方案，所述测试箱的中部还设有固定架，所述固定架包括底座和设置在所述底座上的固定杆，所述固定杆上设有多数个固定环，所述固定环上设有所述压力测量机构。底座为重量大的均质铁质，可平稳放置于测试箱的中部，无需其它辅助设施；固定环安装高度与测试箱上第二压力探头的高度一一对应，固定环表面按照一定距离设有小孔，可用螺丝穿过小孔拧合，用以固定不同粗细的第二导线，防止循环加载过程中，第二导线和第二压力探头随波浪移动。

本发明的测试箱的底部铺设一定高度的土体，选择具有一定韧性的类圆锥体或类四棱锥体型加载板，加载板可以是橡胶材质制成，在运动过程中能够产生弹性形变；加载板对测试箱内的土体在不同平面处进行不同荷载的循环加载作用，用以模拟波浪施加于海床时土体的液化情况；因加载板的中间与周边的厚度不同而导致其刚度不同，在同一个加载过程中会形成加载压力从加载板的中心向周边的从大到小的过渡变化，可以实现同一时刻波浪作用于底床，产生波峰向波谷过渡的波浪加载效果，实现了模拟波浪对土体不同平面处不同荷载的循环加载；本发明可以在测试箱的周向和中部均进行土压和孔压测量，土压探头和孔压探头沿着多个深度相同层位的方式布置，可测量波浪对土体在同一时间、不同位置处的压力情况，实现了压力的同时同传。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的测试箱连接有锥型加载板，这种锥型设置的加载板具有上小下大的构造，加载板可以为具有一定韧性的橡胶材质，在一次加载过程中，对土体形成中间压力大而周边压力逐渐减小的平面加载变化，可以实现同一时刻波浪作用于底床产生波峰向波谷过渡的波浪加载效果，有效模拟了波浪作用下海床土体的液化情况，真实反映了波浪作用下海床土体的动力学特性；在模拟波浪作用下，平面上不同位置的土体在测得其应力大小的同时，测得该位置的应变状态，实现了平面上不同位置土体的应力应变状态的一一对应。

2)本发明的加载板机构在位移测量机构、压力测量机构和计算机控制机构的配合作用下，真实模拟了波浪各点对土体的施压过程，并能够精确计算出波浪上各点对土体的压力，量化了土体的应力应变，准确测定了海床土体液化时的孔压和土压，操作方便，经济实用；本发明的土体动力测试装置是一种模拟波浪施加于海床土体不同平面处不同垂向荷载的循环加载及测量的装置，涉及到在垂向荷载作用下，土体发生液化时对土中土压和孔压的测试，可用于波浪作用下海床土体的液化研究的设备。

3)本发明的测试箱和加载板均可订做，尺寸可不受测试样品尺寸和数量的限制，可以根据实验需求配制土体；本发明通过调位槽和电机调配，可以加载出更强烈的波浪；本发明的各个零部件均常见，零部件来源广泛，结构简单，价格低廉，生产和组装都极为方便，易于加工成型，可以批量生产；本发明为小型设备，由于材质主要为亚克力板和不锈钢，质量轻，携带方便；实验需要的人力和物力少，便于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一个实施例的立体结构示意图；

图2为图1中循环动力机构的局部剖视结构示意图；

图3为图2中调位槽的放大结构示意图；

图4为图3中调位螺钉的放大结构示意图；

图5为图1中加载板机构的局部剖视结构示意图；

图6为图5中划圆圈处的局部剖视结构示意图；

图7为图1中测试箱的局部剖视结构示意图；

图8为图7中密封装置的放大结构示意图；

图9为图8的分解结构示意图；

图10为图1中固定架的局部剖视结构示意图；

图11为本发明另一个实施例的立体结构示意图；

图中：1-循环动力机构；11-电源导线；12-电机；14-转盘；15-支撑座；16-加载杆；17-定位套筒；18-调位杆；19-调位槽；111-调位螺钉；112-螺帽；113-垫圈；114-螺母；2-位移测量机构；21-位移传感器；22-支架；23-反射板；24-第一压力探头；25-第一导线；3-加载板机构；31-加载板；32-通孔；4-固定架；41-底座；42-固定杆；43-固定环；44-固定孔；45-固定螺丝；5-测试箱；6-压力测量机构；61-孔压探头；62-土压探头；63-探头孔；64-密封装置；641-内密封柱；642-外螺纹；643-内螺纹；644-外密封柱；68-第二导线；7-基质吸力测量管；8-计算机控制机构；81-计算机；82-数据采集仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

实施例一

参阅附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8、附图9和附图10，本发明包括测试箱5，测试箱5的底部铺设有土体，测试箱5的内部盛装有海水，测试箱5上设有用于对其内土压和孔压进行测试的压力测量机构6，测试箱5的上方连接有加载板机构3；加载板机构3连接有驱动其沿着竖直方向做往复直线运动的循环动力机构1，加载板机构3还连接有对其运动位移进行检测的位移测量机构2，压力测量机构6连接有计算机控制机构8，位移测量机构2也与计算机控制机构8连接；加载板机构3包括加载板31，加载板31包括位于底部具有平面结构的板体和位于板体顶部的锥体，板体具有弹性，锥体与循环动力机构1连接，板体向上运动远离测试箱5，板体向下运动进入测试箱5的海水中。本发明的测试箱5采用亚克力板制作而成，其是透明的，因此，附图1和附图7中测试箱5可以看到其内部的结构。本发明的测试箱5连接有锥型加载板31，这种锥型设置的加载板31具有上小下大的构造，加载板可以为具有一定韧性的橡胶材质，在一次加载过程中，对土体形成中间压力大而周边压力逐渐减小的平面加载变化，产生类似波峰到波谷过渡的波浪加载效果，有效模拟了波浪作用下海床土体的液化情况，真实反映了波浪作用下海床土体的动力学特性；在位移测量机构2、压力测量机构6和计算机控制机构8的配合作用下，准确测定了海床土体液化时的孔压和土压。为了简洁起见，附图1、附图5和附图7中部分导线包括第一导线25和第二导线68未示出。

参阅附图1、附图2、附图3和附图4，本发明的循环动力机构1包括电机12、转盘14、调位杆18和加载杆16，电机12与转盘14连接，调位杆18的一端与转盘14固定连接，调位杆18的另一端与加载杆16的一端转动连接，加载杆16的另一端与锥体连接。循环动力机构1可实现加载板机构3的垂向循环加载，电机12通过电源导线11连接供电电源，当供电电源接通时，电机12通过联动扭矩带动转盘14进行旋转运动，转盘14的旋转运动通过调位杆18转化为加载杆16的竖直直线运动，从而带动加载板机构3进行竖直方向上的往复直线运动，进而对土体施以周期性压力，从而模拟波浪对海底土体的作用。本实施例中，转盘14上设有调位槽19，调位杆18的一端与调位槽19固定连接，转盘14的底部设有支撑座15，加载杆16包括位于同一条竖直直线上的第一加载杆和第二加载杆，第一加载杆和第二加载杆通过定位套筒17连接。转盘14安装在支撑座15上，使其稳固放置，方便使用；第一加载杆和第二加载杆在定位套筒17的作用下，使其直线运动稳定，不会出现偏离现象，充分保证了加载板机构3在同一直线上的往复运动；调位杆18通过调位螺钉111固定在调位槽19上，调位螺钉111包括螺帽112、螺杆、垫圈113和螺母114，螺杆上设有螺纹，在垫圈113、螺帽112和螺母114的配合作用下，使调位杆18固定牢固，转盘14的圆周运动平稳地转化为加载杆16的直线运动，同时，调位杆18的位置调节方便，可以轻松调整加载板机构3的运动幅度。

参阅附图1、附图5和附图6，本发明的位移测量机构2包括位移传感器21、设置在锥体上的反射板23和设置在板体上的第一压力探头24，测试箱5上设有支架22，位移传感器21位于支架22上，位移传感器21、反射板23和第一压力探头24位于同一条直线上，第一压力探头24通过第一导线25与计算机控制机构8连接。位移传感器21通过支架22固定在测试箱5的上方并距离测试箱5有足够的距离，保证了位移传感器21的稳定安装，同时也不妨碍加载板机构3的上下方向上的往复直线运动；位移传感器21、反射板23与第一压力探头24均为多个并在布置上一一对应，位移传感器21可以通过反射板23感应加载板31的运动距离计算出加载板31上不同部位的运动距离，从而通过位移测量机构2测定加载板机构3的运动距离，同时通过第一压力探头24测得该位置的受力变化，实时记录了加载过程中加载板机构3底部的运动位移，从而判断土体液化时的应力情况。多个位移传感器21和多个第一压力探头24，在模拟波浪作用下，平面上不同位置的土体在测得其应力大小的同时，测得该位置的应变状态，实现了平面上不同位置土体的应力应变状态的一一对应。本实施例中，锥体上设有供第一导线25通过的通孔32，板体上设有安装第一压力探头24的安装孔。这种锥型设置的加载板31可以是圆锥形，也可以是多棱锥形，例如：四棱锥；通常情况下，测试箱5的形状与加载板31的形状对应一致，加载板31为圆锥形，测试箱5则为圆柱形，加载板31为四棱锥形，测试箱5则为长方体形；锥体上设有通孔32，第一导线25通过通孔32汇集到一起，并在远离加载板机构3的方向固定，避免了第一导线25对加载板机构3运动过程的影响。加载板31与测试箱5之间留有一定空间，在加载过程中，测试箱5底部上的土体受到垂向荷载而产生向周边膨胀的趋势，用于模拟波浪作用时前后连续波浪对海底土体的作用。本实施例中，加载板31为四棱锥形，测试箱5为长方体形。

参阅附图1、附图7、附图8、附图9和附图10，本发明的压力测量机构6包括第二压力探头，第二压力探头包括孔压探头61和土压探头62，第二压力探头沿测试箱5的周向呈均匀阵列分布，第二压力探头通过第二导线68与计算机控制机构8连接。在测试箱5的同一位置上同时测定其土压和孔压，因此，在同一位置处同时安装了孔压探头61和土压探头62；通常情况下，孔压探头61和土压探头62按照一定刻度沿测试箱5的周向均匀布置，每个布置点的孔压探头61和土压探头62并排设置于同一深度处，用以测量土体在整个试验过程中的受力情况，并通过计算机控制机构8直接显示或控制。测试箱5上设有第二导线68通过的探头孔63，探头孔63上设有用于对测试箱5进行密封的密封装置64，探头孔63的数量大于第二压力探头的数量。探头孔63的一端即位于测试箱5的内壁的一侧安放有孔压探头61和土压探头62，第二导线68沿着探头孔63由测试箱5的内部向外穿出，在测试箱5的外部探头孔63采用密封装置64进行密封，充分保证了测试箱5内海水的稳定性，探头孔63的数量很多，可以根据实际情况选择需要安装压力测量机构6的位置，选择灵活。本实施例中，密封装置64包括内密封柱641和套设在内密封柱641外部的外密封柱644，内密封柱641和外密封柱644通过螺纹连接，内密封柱641上设有外螺纹642，外密封柱644上设有内螺纹643，内密封柱641和外密封柱644上均设有供第二导线68通过的弹性孔，弹性孔内设有密封塞。需要放置孔压探头61和土压探头62时，取下弹性孔内的密封塞，将第二导线68穿入弹性孔，再将内密封柱641和外密封柱644拧紧，并塞入探头孔63，从而达到了密封和连通第二压力探头的作用；其余不放置第二压力探头的探头孔63也通过该密封装置64进行密封，此时无需去掉弹性孔上的密封塞。另外，本发明的测试箱5的中部还设有固定架4，固定架4包括底座41和设置在底座41上的固定杆42，固定杆42上设有多数个固定环43，固定环43上设有压力测量机构6。底座41为重量大的均质铁质，可平稳放置于测试箱5的中部，无需其它辅助设施；固定杆42上的固定环43安装高度与测试箱5上第二压力探头的高度一一对应，固定环43表面按照一定距离设有固定孔44，采用固定螺丝45穿过固定孔44拧合，用以固定不同粗细的第二导线68，防止循环加载过程中，第二导线68和第二压力探头随波浪移动。

参阅附图1和附图7，测试箱5上还连接有基质吸力测量管7，基质吸力测量管7与压力测量机构6的高度对应一致。基质吸力测量管7的安装位置均与孔压探头61和土压探头62的安装位置一一对应，分别紧贴于测试箱5的周向，从下部引至外部；基质吸力测量管7与孔压探头61、土压探头62配套使用，尤其在针对非饱和土体的液化研究中，用于测量非饱和土体在循环荷载作用下，水在运移过程中含水量的变化。本发明的测试箱5的底部铺设一定高度的土体，选择具有一定韧性的类圆锥体或类四棱锥体型加载板31，加载板31可以是橡胶材质的，对其中土体不同平面处进行不同荷载的循环加载作用，用以模拟波浪施加于海床时土体的液化情况；因加载板31的中间与周边的厚度不同而导致其刚度不同，在同一个加载过程中会形成加载压力从加载板构31的中心向周边的从大到小的过渡变化，可以实现同一时刻波浪作用于底床，产生波峰向波谷过渡的波浪加载效果，实现了模拟波浪对土体不同平面处不同荷载的循环加载；本发明的计算机控制机构8包括计算机81和数据采集仪82，数据采集仪82用于孔压、土压和位移的采集，计算机81用于数据显示、处理和控制，本发明的计算机81和数据采集仪82为现有设备，本发明不涉及程序软件方面的改进，只涉及机械结构方面的改进；本发明可以在测试箱5的周向和中部均进行土压和孔压测量，孔压探头61和土压探头62沿着多个深度相同层位的方式布置，可量测波浪对土体在同一时间、不同位置处的压力情况，实现了压力的同时同传。

实施例二

参阅附图11，本实施例在实施例一的基础上，加载板31设置成圆锥形，测试箱5设置成圆柱形，在加载板31的底部板体上，沿其直径方向设置了五个第一压力探头24，在加载板31的锥体上，沿其对称的两个斜边上设置了五个与第一压力探头24位于同一直线上的反射板23，同时，在测试箱5的顶部支架22上设置了五个位移传感器21，位移传感器21、反射板23和第一压力探头24的位置一一对应，在模拟波浪作用下，同时测定了同一直线上不同位置处即不同波谷和不同波峰上土体的应力大小，并测得了这五个不同位置处的应变状态，实现了同一平面上不同位置土体的应力应变状态的一一对应。

参阅附图11，本实施例的测试箱5呈圆柱形设置，土体铺设在测试箱5的底部，海水填充在测试箱5的内部，海水的高度大于固定架4的高度；测试箱5的周向上均匀设置四列探头孔63，附图11中示出了每列探头孔63内均匀安装三个压力测量机构6，每列探头孔63的数量五个，压力测量机构6间隔安装在三个探头孔63上；同时，固定架4上的固定环43也为五个，三个压力测量机构6间隔安装在其中的三个固定环43上；基质吸力测量管7设置在测试箱5的一侧，基质吸力测量管7为连接在测试箱5上的U型管，通过基质吸力测量管7可以直观的观察测试箱5内的压力情况，压力测量机构6靠近测试箱5上其中的一列探头孔63，基质吸力测量管7为三根，其安装位置与其一侧的三个压力测量机构6的位置分别对应一致。为了简洁起见，附图11中部分导线包括第二导线68未示出。

因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的测试箱5连接有锥型加载板机构3，这种锥型设置的加载板机构3具有上小下大的构造，加载板31可以为具有一定韧性的橡胶材质，在一次加载过程中，对土体形成中间压力大而周边压力逐渐减小的平面加载变化，可以实现同一时刻波浪作用于底床产生波峰向波谷过渡的波浪加载效果，有效模拟了波浪作用下海床土体的液化情况，真实反映了波浪作用下海床土体的动力学特性；在模拟波浪作用下，平面上不同位置的土体在测得其应力大小的同时，测得该位置的应变状态，实现了平面上不同位置土体的应力应变状态的一一对应。

2)本发明的加载板机构3在位移测量机构2、压力测量机构6和计算机控制机构8的配合作用下，真实模拟了波浪各点对土体的施压过程，并能够精确计算出波浪上各点对土体的压力，量化了土体的应力应变，准确测定了海床土体液化时的孔压和土压，操作方便，经济实用；本发明的土体动力测试装置是一种模拟波浪施加于海床土体不同平面处不同垂向荷载的循环加载及测量的装置，涉及到在垂向荷载作用下，土体发生液化时对土中土压和孔压的测试，可用于波浪作用下海床土体的液化研究的设备。

3)本发明的测试箱5和加载板机构3均可订做，尺寸可不受测试样品尺寸和数量的限制，可以根据实验需求配制土体；本发明通过调位槽19和电机12调配，可以加载出更强烈的波浪；本发明的各个零部件均常见，零部件来源广泛，结构简单，价格低廉，生产和组装都极为方便，易于加工成型，可以批量生产；本发明为小型设备，由于材质主要为亚克力和不锈钢，质量轻，携带方便；实验需要的人力和物力少，便于操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种土体动力测试装置，其特征在于：包括测试箱，所述测试箱的底部铺设有土体，所述测试箱的内部盛装有海水，所述测试箱上设有用于对其内土压和孔压进行测试的压力测量机构，所述测试箱的上方连接有加载板机构；

所述加载板机构连接有驱动其沿着竖直方向做往复直线运动的循环动力机构，所述加载板机构还连接有对其运动位移进行监测的位移测量机构，所述压力测量机构连接有计算机控制机构，所述位移测量机构也与所述计算机控制机构连接；

所述加载板机构包括加载板，所述加载板包括位于底部具有平面结构的板体和位于所述板体上部的锥体，所述板体具有弹性，所述锥体与所述循环动力机构连接，所述板体向上运动远离所述测试箱，所述板体向下运动进入所述测试箱的海水中。

2.根据权利要求1所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述循环动力机构包括电机、转盘、调位杆和加载杆，所述电机与所述转盘连接，所述调位杆的一端与所述转盘固定连接，所述调位杆的另一端与所述加载杆的一端转动连接，所述加载杆的另一端与所述锥体连接。

3.根据权利要求2所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述转盘上设有调位槽，所述调位杆的一端与所述调位槽固定连接，所述转盘的底部设有支撑座，所述加载杆包括位于同一条竖直直线上的第一加载杆和第二加载杆，所述第一加载杆和所述第二加载杆通过定位套筒连接。

4.根据权利要求1所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述位移测量机构包括位移传感器、设置在所述锥体上的反射板和设置在所述板体上的第一压力探头，所述测试箱上设有支架，所述位移传感器位于所述支架上，所述位移传感器、所述反射板和所述第一压力探头位于同一条直线上，所述第一压力探头通过第一导线与所述计算机控制机构连接。

5.根据权利要求4所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述锥体上设有供所述第一导线通过的通孔，所述板体上设有安装所述第一压力探头的安装孔。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述压力测量机构包括第二压力探头，所述第二压力探头包括孔压探头和土压探头，所述第二压力探头沿所述测试箱的周向呈均匀阵列分布，所述第二压力探头通过第二导线与所述计算机控制机构连接。

7.根据权利要求6所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述测试箱上设有供所述第二压力探头穿过并使其放置的探头孔，所述探头孔上设有用于对所述测试箱进行密封的密封装置，所述探头孔的数量大于所述第二压力探头的数量。

8.根据权利要求7所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述密封装置包括内密封柱和套设在所述内密封柱外部的外密封柱，所述内密封柱和所述外密封柱通过螺纹连接，所述内密封柱和所述外密封柱上均设有供所述第二导线通过的弹性孔，所述弹性孔内设有密封塞。

9.根据权利要求1所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述测试箱上还连接有基质吸力测量管，所述基质吸力测量管与所述压力测量机构的高度对应一致。

10.根据权利要求1所述的土体动力测试装置，其特征在于：

所述测试箱的中部还设有固定架，所述固定架包括底座和设置在所述底座上的固定杆，所述固定杆上设有多数个固定环，所述固定环上设有所述压力测量机构。