CN115014999A - 一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置及测试方法，爆破试验技术领域。该爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置包括测试部和监控系统；所述测试部包括底座,所述底座的上端设置试验圆台，所述试验圆台的内壁紧贴用于保护试验圆台的软橡胶隔离层，试验圆台的开口处设置有台檐，所述台檐的上表面设置有镂空盖板；所述镂空盖板的内壁开设有上下两条滑轨，上方的滑轨内安装有上滑条，所述上滑条可在上方的滑轨内自由移动；下方的滑轨内安装有下滑条，所述下滑条可在下方的滑轨内自由移动。利用本发明可进行模型试验和液化理论的验证，相较于现场试验，大大的减少了试验的成本，通过该装置得出的结论对工程应用有一定的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及爆破试验技术领域，具体涉及一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置及测试方法。
背景技术
在实际工程中，有许多工程条件都涉及到了饱和土中爆炸问题。例如：连续降雨的矿山进行爆破采矿，堰塞坝和土石坝的爆破泄洪，沿海穿湖的地下工程爆破施工等。然而关于研究饱和土中爆炸引起孔隙水压力激增从而导致土壤液化的设备却不多。
对于饱和的砂土体，其中的孔隙水的可压缩性远小于土骨架的可压缩性，在爆炸冲击后，其孔隙水压力的增长远大于有效应力的增长并且土体发生液化和结构破坏。许多现场试验表明，在饱和土体中进行爆炸后，土体中的液化破坏远强于爆冲对结构的破坏。研究液化问题的一个关键是分析土体中抗剪强度随液化程度的增高而降低的过程。因为大多数爆炸导致饱和砂土液化的研究都是依托实际工程进行的，所以对于爆冲引起液化的主要研究为根据项目条件的试验及在此基础上的经验公式。而在实际工程中，爆炸液化会造成土体结构破坏，引发地基沉陷，滑坡等危害。Swir-Ⅲ填土大坝在上游爆破作业影响下，坝体和坝基发生了大面积液化，最终引起严重的滑坡。因此，开展饱和土中的爆炸液化试验对实际工程具有重要的意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，第二个目的在于提供一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试方法，利用该装置和方法能进行模型试验和液化理论的验证。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提出了一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，包括测试部和监控系统；所述测试部包括底座,所述底座的上端设置试验圆台，所述试验圆台的内壁紧贴用于保护试验圆台的软橡胶隔离层，试验圆台的开口处设置有台檐，所述台檐的上表面设置有镂空盖板；所述镂空盖板的内壁开设有上下两条滑轨，上方的滑轨内安装有上滑条，所述上滑条可在上方的滑轨内自由移动；下方的滑轨内安装有下滑条，所述下滑条可在下方的滑轨内自由移动；
所述上滑条的一端设置有第一滑动杆，所述第一滑动杆的下端设置有伸缩塔尺；所述下滑条的一端设置有第二滑动杆，所述二滑动杆的下端设置有电动装药机构；
所述试验圆台的底部设置第一减震机构，试验圆台的两侧面分别设置有第二减震机构；
所述监控系统用于控制和监测测试部的爆破试验过程。
优选地，所述第一减震机构为减震橡胶环，所述减震橡胶环位于底座的上端，所述试验圆台设置于减震橡胶环内。
优选地，所述第二减震机构具有倒L型钢架，所述倒L型钢架长边末端通过螺杆固定安装有钢架底座，倒L型钢架短边末端焊接有减震垫片，所述减震垫片上粘接有减震橡胶套，所述减震橡胶套内部设有减震握把，所述减震握把)设置于试验圆台的外壁。
优选地，所述电动装药机构具有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆设置于第二滑动杆的下端，电动伸缩杆上设置有微型电机，所述微型电机带动电动伸缩杆上下运动，电动伸缩杆的下端设置压实推杆，所述压实推杆的下端设置阻滞胶环，所述阻滞胶环上套设用于制作药包的底部开口的装药模具。
优选地，所述试验圆台的两侧外壁均设置预留孔，每个所述预留孔上套设饱和输水管。
优选地，待装药模具制作药包完成后，所述药包内放置电子雷管。
优选地，所述监控系统包括起爆器、激光水平仪、孔隙水压力传感器总压力传感器、数据接收模块、摄影仪和控制器；所述起爆器与电子雷管电性连接，起爆器输出电流或火花用于引爆电子雷管；所述激光水平仪透过预留孔用于判断砂土表面是否平整；所述孔隙水压力传感器用于测量药包引爆后砂土液化发生程度的孔隙水压力值，所述总压力传感器用于测量砂土饱和后的初始竖向有效应力值；所述数据接收模块用于接收激光水平仪、摄影仪、孔隙水压力传感器和总压力传感器测得的数据，所述摄影仪用于拍摄爆破情况；所述数据接收模块与控制器电性连接。
优选地，所述控制器与计算机电性连接，所述计算机上载有人机交互软件，用于实时监测传感器数据，判断砂土面是否平整，观察试验影像；计算机传输模拟信号给控制器控制起爆器来实现试验的进行。
本发明的第二个方面在于提出了一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试方法，其包括以下步骤：
(1)计算最大装药量QMAX，根据公式QMAX＝R3(V/k)3/α计算最大装药量QMAX，其中R表示离爆点的距离，V表示振动速度，K表示地形条件系数，α表示振动衰减系数；根据最大装药量QMAX确定实际装药量Q，其中QMAX＞Q；
(2)计算比例埋深λ：根据比例埋深λ制定试验方案；根据公式
计算比例埋深，式中：λ表示比例埋深，WTNT表示水下爆轰试验下等效TNT当量，d表示药包埋置深度；
(3)确定破坏半径r：根据制定的试验方案的破坏半径r确定药包(8) 埋置位置；根据公式
计算破坏半径r,式中r表示理论破坏半径；SF表示冲击因子；WTNT表示等效TNT当量；b表示水底反射系数；药包(8)距试验圆台(4)的侧壁或底壁最小距离需大于破坏半径r；
(4)预装砂土：利用上滑条(23)带动伸缩塔尺(6)测量出药包埋置深度d，往试验圆台(4)内装入砂土，直到砂土的深度与步骤(3)确定的药包埋置位置齐平；
(5)装药：从阻滞胶环(12)上脱出模具(14)，在模具(14)中沿底面和侧壁铺入层防水薄膜用于包覆药包(8)，将具有防水薄膜的模具(14) 置于步骤(4)中的砂土面上，从模具(14)上方装入步骤(1)中确定的实际装药量；启动电动装药机构制作药包(8)；
(6)装砂土：待药包(8)制作完成后，脱离模具(14)使药包(8)脱出并置于步骤(4)中的砂土面上，将药包(8)内放置电子雷管(9)后，将药包(8)周围覆上砂土直至覆盖致与预留孔(19)的底面齐平；
(7)水饱和砂土：往步骤(6)中的所述砂土里加入水，直至加入的水与从输水管(1901)中排出的水体积相同时砂土达到饱和，待砂土水饱和后拔下输水管(1901)；
(8)在水饱和砂土内插入总压力传感器(7)和孔隙水压力传感器(10)，取下第一滑动杆(251)上的伸缩塔尺(6)，使第一滑动杆(251)与总压力传感器(7)固定连接，取下第二滑动杆(252)上的电动装药机构，使第二滑动杆(252)与孔隙水压力传感器(10)固定连接；
(9)水饱和砂土表面整平：激光水平仪透过预留孔(19)判断水饱和砂土表面是否平整；若不整平则采用铲凸补凹的整平方法进行水饱和砂土表面整平；
(10)试验：待激光水平仪检测到水饱和砂土表面整平后，总压力传感器(7)测量出砂土饱和后的初始竖向有效应力值，控制器启动起爆器输出电流或火花引爆电子雷管(9)进行试验，试验数据由数据接收模块传输至计算机，根据人机交互软件评价和衡量饱和土液化发生程度；
(11)试验过程中通过摄影仪拍摄到爆破情况验证制定的试验方案是否准确，如不准确，则返回步骤(2)，直至制定的试验方案判断为准确。
优选地，步骤(2)中，当比例埋深λ值大于
时，试验方案为封闭爆破；当比例埋深λ值小于
时，试验方案为潜埋爆破。
综上所述，相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的试验装置可以测试不同药量、药包埋置深度以及爆距对土体液化特性的影响，为饱和土中单药包爆炸引起的液化预测提供依据。与此同时，可以利用该装置进行模型试验和液化理论的验证，相较于现场试验，这大大的减少了试验的成本，通过该装置得出的结论对工程应用有一定的指导意义。
2、本发明结构简单，安全可靠，可用于测试爆破导致饱和砂土液化的程度。
3、本发明的测试方法测试出的砂土液化程度准确，且方法简单易行、易实现。
附图说明：
图1为本发明装置的总体结构示意图；
图2为本发明试验圆台和减震装置的俯视图；
图3为本发明减震握把和减震胶套榫卯连接示意图；
图4为本发明试验圆台立体图；
图5为本发明镂空盖板俯视图；
图6为本发明镂空盖板立体图。
图中，1-钢架底座，2-底座，3-减震橡胶环，4-试验圆台，5-软橡胶隔离层，6-伸缩塔尺，7-总压力传感器，8-药包，9-电子雷管，10-孔隙水压力传感器，11-电动伸缩杆，12-阻滞胶环，13-压实推杆，14-装药模具，15-固定钢架， 16-减震垫片，17-减震橡胶套，18-减震握把，19-预留孔，20-台檐，21-镂空盖板，22-滑轨，23-上滑条，24-下滑条，251-第一滑动杆，252-第二滑动杆， 26-微型电机，301-减震橡胶环上端外轮廓，302-减震橡胶环上端内轮廓，401- 圆台底座，402-连接握把处圆台外轮廓，1901-饱和输水管。
具体实施方式
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展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。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下面以具体实施例对本发明做进一步说明，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，包括测试部和监控系统；
参见图1，一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置的测试部包括底座2,底座2的上端设置试验圆台4，土体试验圆台4中空，内装饱和的砂土，试验圆台4的内壁紧贴用于保护试验圆台4的软橡胶隔离层5，软橡胶隔离层5材质为乳胶，其迎土面做了防水处理，特性类似于海绵，质地软而泡，中间存在一定存储着空气的孔隙，用于削弱爆破冲击波的传导，减少爆冲对试验圆台4的损害。试验圆台4的开口处设置有台檐20，台檐20的上表面设置有镂空盖板21，镂空盖板21形状为一立体圆环；镂空盖板21的内壁开设有上下两条滑轨22，上方的滑轨22内安装有上滑条23，上滑条23可在上方的滑轨22内自由移动；下方的滑轨22内安装有下滑条24，下滑条24可在下方的滑轨22内自由移动。
具体的，试验圆台4采用Weldox700 MPa级防爆钢制成，这是为了防爆安全考虑，台檐20外径与镂空盖板21外径相同，镂空盖板21与台檐20通过螺杆连接。
具体地上滑条23的一端设置有第一滑动杆251，第一滑动杆251的下端设置有伸缩塔尺6；下滑条24的一端设置有第二滑动杆252，第二滑动杆252 的下端设置有电动装药机构；上滑条23和下滑条24可分别绕上下两条圆形滑轨22自由移动，滑条上的滑动杆25可沿滑条自由移动；第一滑动杆251 和第二滑动杆252带有螺纹，待到指定位置时可用螺帽固定；第一滑动杆251 下端连接了伸缩塔尺6和第二滑动杆252下端连接了电动装药装置，由此伸缩塔尺6和电动装药装置可遍历试验圆台4内的所有位置，非常灵活。上滑条23上还可标有刻度用于测量水平距离，配合搭载的伸缩塔尺6可以测出试验圆台内任意点的距离，可用于测量传感器测点距离爆源的距离，药包埋置深度等。
试验圆台4的底部设置第一减震机构，试验圆台4的两侧面分别设置有第二减震机构；
监控系统用于控制和监测测试部的爆破试验过程。
根据本发明的爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，固定减震装置由两部分组成，第一部分为底部减震装置，包括底座2和减震橡胶环3；第二部分为上部减震装置，包括钢架底座1，固定钢架15，减震垫片16，减震橡胶套17，减震握把18，减震橡胶套17和减震橡胶环3材质为硫化硬橡胶，具有较好的弹性、强度、耐磨性，本发明不做特别限制。
具体的，第一减震机构为底部减震装置，第一减震机构具有减震橡胶环3，所述减震橡胶环3位于底座2的上端，所述试验圆台4设置于减震橡胶环3 内，即试验圆台置于减震橡胶环3之中底座2之上。
具体的，第二减震机构上部减震装置，具有倒L型钢架15，所述倒L型钢架15长边末端通过螺杆固定安装有钢架底座1，钢架底座1固接于地，倒 L型钢架15短边末端焊接有减震垫片16，所述减震垫片16连接面打毛与减震橡胶套17粘接，所述减震橡胶套17内部设有减震握把18，减震橡胶套17 与减震握把18通过榫卯的方式连接，减震握把18设置于试验圆台4的外壁，圆台4外壁左右对称各焊接减震握把18。
参见图2试验圆台和减震装置的俯视图，图中301为减震橡胶环上端外轮廓，302为减震橡胶环上端内轮廓，401为圆台底座，402为连接握把处圆台外轮廓。
根据本发明的爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，电动装药机构具有电动伸缩杆11，所述电动伸缩杆11设置于第二滑动杆252的下端，电动伸缩杆11上设置有微型电机26，所述微型电机26带动电动伸缩杆11上下运动，电动伸缩杆11的下端设置压实推杆13，所述压实推杆13的下端设置阻滞胶环12，所述阻滞胶环12上套设用于制作药包8的底部开口的装药模具14。
具体的，微型电机26连接外部电源为电动伸缩杆11提供动力，压实推杆13和装药模具14通过阻滞胶环12连接，阻滞胶环12还可以使装药过程缓慢进行，提高装药的质量。
根据本发明的爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，所述试验圆台4的两侧外壁均设置预留孔19，预留孔19位于砂土土体上方，每个所述预留孔19上套设饱和输水管1901。
根据本发明的爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，待装药模具14制作药包8完成后，所述药包8内放置电子雷管9。
根据本发明的爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，所述监控系统包括起爆器、激光水平仪、孔隙水压力传感器(10)、总压力传感器(7)、数据接收模块、摄影仪和控制器；所述起爆器与电子雷管9电性连接，起爆器输出电流或火花用于引爆电子雷管9；所述激光水平仪透过预留孔19用于判断砂土表面是否平整；所述孔隙水压力传感器10用于测量药包8引爆后砂土液化发生程度的孔隙水压力值，所述总压力传感器7用于测量砂土饱和后的初始竖向有效应力值；所述数据接收模块用于接收激光水平仪、摄影仪、孔隙水压力传感器和总压力传感器测得的数据，所述摄影仪用于拍摄爆破情况；所述数据接收模块与控制器电性连接。
根据本发明的爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，所述控制器与计算机电性连接，所述计算机上载有人机交互软件，用于实时监测传感器数据，判断砂土面是否平整，观察试验影像；计算机传输模拟信号给控制器控制起爆器来实现试验的进行。
特别注意的是，测试装置的所有电力设备都必须做防爆的高绝缘防水防漏电处理。防止电流直通起爆器意外起爆、电火花直接引爆药包等因电力引起的爆破事故。
实施例2
本实施例提供一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试方法，具体步骤如下：
(1)计算最大装药量QMAX，根据公式QMAX＝R3(V/k)3/α计算最大装药量QMAX，其中R表示离爆点的距离，V表示振动速度，K表示地形条件系数，α表示振动衰减系数；根据最大装药量QMAX确定实际装药量Q，其中QMAX＞Q；
(2)计算比例埋深λ：根据比例埋深λ制定试验方案；根据公式
计算比例埋深，式中：λ表示比例埋深，WTNT表示水下爆轰试验下等效TNT当量，d表示药包埋置深度；
当比例埋深λ值大于
时，试验方案为封闭爆破；当比例埋深λ值小于
时，试验方案为潜埋爆破。
(3)确定破坏半径r：根据制定的试验方案的破坏半径r确定药包8埋置位置；根据公式
计算破坏半径r,式中r表示理论破坏半径；SF表示冲击因子；WTNT表示等效TNT当量；b表示水底反射系数；药包8距试验圆台4的侧壁或底壁最小距离需大于破坏半径r；
(4)预装砂土：利用上滑条23带动伸缩塔尺6测量出药包埋置深度d，往试验圆台4内装入砂土，直到砂土的深度与步骤3确定的药包埋置位置齐平；
(5)装药：在砂面上利用电动装药装置填装药包，把装好的药包调整到指定位置，随后把电子雷管嵌入药包中。具体的，从阻滞胶环12上脱出模具 14，在模具14中沿底面和侧壁铺入层防水薄膜用于包覆药包8，将具有防水薄膜的模具14置于步骤4中的砂土面上，从模具14上方装入步骤1中确定的实际装药量；启动电动装药机构制作药包8；
(6)装砂土：待药包8制作完成后，脱离模具14使药包8脱出并置于步骤4中的砂土面上，将药包8内放置电子雷管9后，将药包8周围覆上砂土直至覆盖致与预留孔19的底面齐平；
在此步骤中，可多装一点砂土，铲除多余的砂土直到砂面深度和预计试验深度齐平。
(7)水饱和砂土：往步骤6中的所述砂土里加入水，直至加入的水与从输水管1901中排出的水体积相同时砂土达到饱和，待砂土水饱和后拔下输水管1901；
(8)在水饱和砂土内插入总压力传感器7和孔隙水压力传感器10，取下第一滑动杆251上的伸缩塔尺6，使第一滑动杆251与总压力传感器7固定连接，取下第二滑动杆252上的电动装药机构，使第二滑动杆252与孔隙水压力传感器10固定连接；
(9)水饱和砂土表面整平：激光水平仪透过预留孔19判断水饱和砂土表面是否平整；若不整平则采用铲凸补凹的整平方法进行水饱和砂土表面整平；
(10)试验：待激光水平仪检测到水饱和砂土表面整平后，总压力传感器7测量出砂土饱和后的初始竖向有效应力值，控制器启动起爆器输出电流或火花引爆电子雷管9进行试验，试验数据由数据接收模块传输至计算机，根据人机交互软件评价和衡量饱和土液化发生程度；
(11)试验过程中通过摄影仪拍摄到爆破情况验证制定的试验方案是否准确，如不准确，则返回步骤(2)，直至制定的试验方案判断为准确。
通过摄影仪拍摄到的爆破情况观察是否发生抛掷和爆坑，通常饱和砂土
中发生封闭爆炸的条件是药包的比例埋深λ超过
再结合录像判断发生的是封闭爆破还是浅埋爆破，如摄影仪拍摄到的爆破方案与步骤(2)制定的方案一致，则可再进行下一步的数据处理；如不一致，则返回步骤(2)，直至制定的试验方案判断为准确后再进行下一步的数据处理。
实施例3
本实施例为实施例2的具体实例，具体步骤为：
第一步确定最大装药量QMAX：为了确定爆炸荷载后对周边约束装置的影响，主要计算测试设备外壳对爆炸荷载的承受能力。
作为具体实例，圆台采用10mm厚的Weldox700钢材制成，8kgTNT爆炸时，作用于防爆钢上最大压力为0.8348Gpa，此时钢板未发生开裂。利用萨道夫斯基公式评价威力：
V—振动速度，cm/s；k—地形条件系数；Q—药量，kg；R—距离爆点距离，m；α—振动衰减系数。V选取100cm/s； k、α按表选取350、2；R取药包距地面距离0.63m。最终通过计算得 QMAX＝38.187g。
第二步确定比例埋深λ：利用公式
来确定埋深距离,式中：λ- 比例埋深，
WTNT-等效TNT当量，kg；d-药包埋置深度，m。
作为具体实例，选取岩石乳化炸药，采用每米装药20g，选取长度为0.02m，药包8炸药量0.4g，根据水下爆轰试验可以确定该乳化炸药的近似等效TNT 当量为80％的实际用药量，实际用药量为0.32g，药包埋深0.17m，计算得到比例埋深λ为
第三步确定各零件工作正常：作为具体实例，试验之前，需要确定钢架底座1和两个固定钢架15，台檐20和盖板21处的螺杆拧紧。确认软橡胶隔离层5和试验圆台4紧密贴合。底座2和减震橡胶环3，固定钢架15和减震垫片16焊接良好。减震垫片16和减震胶套17，减震握把18和试验圆台连接握把处外轮廓402焊接良好。减震胶套17和减震握把18榫卯良好。试验圆台4已近完全放入减震橡胶环3之中，底座2之上。确认上滑条23，下滑条 24能在滑轨22中自由滑动。确认带螺纹的滑杆25能在滑条23、24中自由滑动。确定伸缩塔尺6和电动伸缩杆11能自由伸缩。确定各电力设备连接畅通，功能正常。
作为具体实例，钢架底座1、底座2、伸缩塔尺6、电动伸缩杆11、固定钢架15采用不锈钢制成。减震橡胶环3和减震胶套17采用硫化硬橡胶，有较好的弹性、强度、耐磨性。软橡胶隔离层5材质为乳胶，特性类似于海绵，质地软而泡，中间存在一定存储着空气的孔隙。减震握把18采用钢铁制成。镂空盖板21和滑条23、24以及用带螺纹的滑杆25用铝合金制成。试验圆台 4用防爆钢制成，隔离层5迎土面做了防水处理。确定总压力传感器7，孔隙水压力传感器10，电动伸缩杆11，微型电机26等电力设备已经做好防水、高绝缘、防漏电、防爆处理。
第四步确定破坏半径：装药要确保装药成功后，药包8距圆台边界4的距离大于破坏半径的距离，考虑到水中爆破冲击波便于传播，其破坏半径大于等于饱和土中爆破的破坏半径，所以可以利用水下爆炸破坏半径计算公式：
式中R-理论破坏半径，m；SF-冲击因子；WTNT- 等效TNT当量，kg；b-水底反射系数，虽然多面都有反射，但是有软橡胶隔离层5的削弱，再结合实际工程经验，取3.2。作为具体实例：SF取常用的 0.2，WTNT取0.32g，假设容器深度1m，预留孔深度0.8m，药包8距离底面、左右的距离分别为0.63m，0.66m，计算得理论安全距离R为0.072m满足要求。
第五步预装砂：往试验圆台4里装砂，可以利用上滑条23带动伸缩塔尺 6测量出距离，直到其深度和预计装药深度齐平。
作为具体实例，无论是从项目实地取样获得材料，还是选定一种材料，选定了材料才能开展后续的试验。由此，采用易液化的长江灰细砂进行试验，首先定量称重砂土，确定砂土的天然密度ρs，该公式为：ρs＝Mq/Vq，式中，Mq—定量砂土的质量；Vq—定量砂土的体积。
第六步装药：作为具体实例：首先手动脱出模具14，之后让模具14放置在砂土面即预计装药面上,在模具14中沿着模具底面和侧壁铺上一层防水薄膜，薄膜覆盖整个模具底面和侧面，为了便于封闭药包8，薄膜侧面长度高于模具长度，从模具14上方装入计算量的防水炸药。电源连接微型电机26，下滑条24带动电动伸缩杆11找准位置并伸长让压实推杆13从模具上方进行装药，随着模具脱离和药包脱出，同时在周围覆上砂土，让药包一脱出就被砂土覆盖直至装药完成。随后根据伸缩塔尺6的测量，调整药包8到预定位置，随后把电子雷管9置入药包8中用薄膜封闭药包8，电线和药包8的接触点使用蜡封防水。
第七步装砂：让砂土覆盖到圆台4的预计试验深度，铲平使其深度和预留孔19底面齐平。作为具体实例，计算所需要的干砂质量，该公式为：ms＝ρsVs＝ρs(1/3)πh(r2+R2+rR),式中，ms—干砂质量；ρs—砂土的天然密度； Vs—砂土体积；h—圆台高；r—下底面圆半径；R—上底面圆半径。
第八步饱和砂土：作为具体实例，饱和土就是土壤含水量最多的时候，已近达到饱和。再加水就流出来了，饱和过程中少量多次向砂土试样里加水，首先向圆四周加水，最后再向圆中心加水，加水要有一定的时间间隔，给水下渗留有时间。加到一定程度和次数后，水逐渐漫高，就可以通过饱和输水管1901排出饱和过程中多余的水，收集饱和过程中多余的水再次加入砂土中，待砂土水饱和后拔下输水管1901。如此反复直到加入的水和排出的水一致时，砂土达到饱和。可利用重量含水率公式：ω＝MW/MS来计算砂土饱和时的含水。式中：ω—含水率；MW—水重，kg；MS—干土重，kg。
第九步放入传感器：把总压力传感器7和孔隙水压力传感器10从圆台4 上方插入砂土中，此时可以根据伸缩塔尺6的测量把传感器移动到预设位置，随后从上滑条23上取下水平塔尺6替换为总压力传感器7，从下滑条24上取下电动装药装置替换为孔隙水压力传感器10，把传感器用螺帽固定在各自的滑条上，用纸片卡住滑条不让其在滑轨22中滑动。传感器的预设距离可根据公式：
判断，Z-比例距离，
R-测点离开爆源的距离,m。当
时，极易发生完全液化；而当
时，爆炸荷载引起的土中孔隙水压力上升可以不予考虑。传感器连接至数据收集仪并经由变送器把数据传至电脑。作为具体实例：两种传感器都为岩土爆破专用CYY2型传感器。两传感器探头埋深18cm，距离药包15cm,其比例距离计算得
属于极易液化区；也可不用计算传感器的预设距离，将传感器置于药包与试验圆台4的之间的位置即可，此处不做具体的限定。
第十步整平：作为具体实例：激光水平仪光线为绿光，其激光发射眼高度与圆台预留孔高度齐平，激光通过预留孔进入圆台，为砂面整平提供依据。特别注意：整平时应该采用铲凸补凹的整平方法，严禁利用压实的方法进行整平，避免因压实过紧导致雷管爆炸。
第十一步开始试验：计算机发送命令给控制器，控制器控制起爆器输电给电子雷管9，电子雷管9引爆药包8。开始试验，试验时利用萨道夫斯基公式评价威力：
作为具体实例：电子雷管9做了防水处理，直径为10mm。
第十二步查看数据：作为具体实例，通过计算机数据接收端查看试验数据，评价和衡量饱和土动力液化发生程度的最常用的指标为超孔隙水压力比：ru＝Δu/σ′V0,式中：Δu—孔隙水压力非峰值增量，kPa,由10孔隙水压力传感器测量；σ′V0为初始竖向有效应力，kPa,由7总压力传感器测量。当ru＝1.0时，表明饱和土体处于完全液化状态；当ru<0.1时，微弱的孔隙水压力上升在实际应用中可以不予考虑。
通过查看摄影仪拍摄到的录像观察制定的试验方案是否准确(观察发生的抛掷或爆坑现象)，即，录像判断发生的是浅埋爆破还是封闭爆破，通常饱和砂土中发生封闭爆炸的条件是药包的比例埋深λ超过
如摄影仪拍摄到的爆破方案与第二步制定的方案一致，则可再进行下一步的数据处理；如不一致，则返回第二步，直至制定的试验方案判断为准确后再进行下一步的数据处理。
公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，包括测试部和监控系统；
所述测试部包括底座(2),所述底座(2)的上端设置试验圆台(4)，所述试验圆台(4)的内壁紧贴用于保护试验圆台(4)的软橡胶隔离层(5)，试验圆台(4)的开口处设置有台檐(20)，所述台檐(20)的上表面设置有镂空盖板(21)；所述镂空盖板(21)的内壁开设有上下两条滑轨(22)，上方的滑轨(22)内安装有上滑条(23)，所述上滑条(23)可在上方的滑轨(22)内自由移动；下方的滑轨(22)内安装有下滑条(24)，所述下滑条(24)可在下方的滑轨(22)内自由移动；
所述上滑条(23)的一端设置有第一滑动杆(251)，所述第一滑动杆(251)的下端设置有伸缩塔尺(6)；所述下滑条(24)的一端设置有第二滑动杆(252)，所述二滑动杆(252)的下端设置有电动装药机构；
所述试验圆台(4)的底部设置第一减震机构，试验圆台(4)的两侧面分别设置有第二减震机构；
所述监控系统用于控制和监测测试部的爆破试验过程。
2.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，所述第一减震机构为减震橡胶环(3)，所述减震橡胶环(3)位于底座(2)的上端，所述试验圆台(4)设置于减震橡胶环(3)内。
3.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，所述第二减震机构具有倒L型钢架(15)，所述倒L型钢架(15)长边末端通过螺杆固定安装有钢架底座(1)，倒L型钢架(15)短边末端焊接有减震垫片(16)，所述减震垫片(16)上粘接有减震橡胶套(17)，所述减震橡胶套(17)内部设有减震握把(18)，所述减震握把(18)设置于试验圆台(4)的外壁。
4.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，所述电动装药机构具有电动伸缩杆(11)，所述电动伸缩杆(11)设置于第二滑动杆(252)的下端，电动伸缩杆(11)上设置有微型电机(26)，所述微型电机(26)带动电动伸缩杆(11)上下运动，电动伸缩杆(11)的下端设置压实推杆(13)，所述压实推杆(13)的下端设置阻滞胶环(12)，所述阻滞胶环(12)上套设用于制作药包(8)的底部开口的装药模具(14)。
5.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，所述试验圆台(4)的两侧外壁均设置预留孔(19)，每个所述预留孔(19)上套设饱和输水管(1901)。
6.根据权利要求4所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，待装药模具(14)制作药包(8)完成后，所述药包(8)内放置电子雷管(9)。
7.根据权利要求6所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，所述监控系统包括起爆器、激光水平仪、孔隙水压力传感器(10)、总压力传感器(7)、数据接收模块、摄影仪和控制器；所述起爆器与电子雷管(9)电性连接，起爆器输出电流或火花用于引爆电子雷管(9)；所述激光水平仪透过预留孔(19)用于判断砂土表面是否平整；所述孔隙水压力传感器(10)用于测量药包(8)引爆后砂土液化发生程度的孔隙水压力值，所述总压力传感器(7)用于测量砂土饱和后的初始竖向有效应力值；所述数据接收模块用于接收激光水平仪、摄影仪、孔隙水压力传感器和总压力传感器测得的数据，所述摄影仪用于拍摄爆破情况；所述数据接收模块与控制器电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试装置，其特征在于，所述控制器与计算机电性连接，所述计算机上载有人机交互软件，用于实时监测传感器数据，判断砂土面是否平整，观察试验影像；计算机传输模拟信号给控制器控制起爆器来实现试验的进行。
9.一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)计算最大装药量QMAX，根据公式QMAX＝R3(V/k)3/α计算最大装药量QMAX，其中R表示离爆点的距离，V表示振动速度，K表示地形条件系数，α表示振动衰减系数；根据最大装药量QMAX确定实际装药量Q，其中QMAX＞Q；
(2)计算比例埋深λ：根据比例埋深λ制定试验方案；根据公式
计算比例埋深，式中：λ表示比例埋深，WTNT表示水下爆轰试验下等效TNT当量，d表示药包埋置深度；
(3)确定破坏半径r：根据制定的试验方案的破坏半径r确定药包(8)埋置位置；根据公式
计算破坏半径r,式中r表示理论破坏半径；SF表示冲击因子；WTNT表示等效TNT当量；b表示水底反射系数；药包(8)距试验圆台(4)的侧壁或底壁最小距离需大于破坏半径r；
(4)预装砂土：利用上滑条(23)带动伸缩塔尺(6)测量出药包埋置深度d，往试验圆台(4)内装入砂土，直到砂土的深度与步骤(3)确定的药包埋置位置齐平；
(5)装药：从阻滞胶环(12)上脱出模具(14)，在模具(14)中沿底面和侧壁铺入层防水薄膜用于包覆药包(8)，将具有防水薄膜的模具(14)置于步骤(4)中的砂土面上，从模具(14)上方装入步骤(1)中确定的实际装药量；启动电动装药机构制作药包(8)；
(6)装砂土：待药包(8)制作完成后，脱离模具(14)使药包(8)脱出并置于步骤(4)中的砂土面上，将药包(8)内放置电子雷管(9)后，将药包(8)周围覆上砂土直至覆盖致与预留孔(19)的底面齐平；
(7)水饱和砂土：往步骤(6)中的所述砂土里加入水，直至加入的水与从输水管(1901)中排出的水体积相同时砂土达到饱和，待砂土水饱和后拔下输水管(1901)；
(8)在水饱和砂土内插入总压力传感器(7)和孔隙水压力传感器(10)，取下第一滑动杆(251)上的伸缩塔尺(6)，使第一滑动杆(251)与总压力传感器(7)固定连接，取下第二滑动杆(252)上的电动装药机构，使第二滑动杆(252)与孔隙水压力传感器(10)固定连接；
(9)水饱和砂土表面整平：激光水平仪透过预留孔(19)判断水饱和砂土表面是否平整；若不整平则采用铲凸补凹的整平方法进行水饱和砂土表面整平；
(10)试验：待激光水平仪检测到水饱和砂土表面整平后，总压力传感器(7)测量出砂土饱和后的初始竖向有效应力值，控制器启动起爆器输出电流或火花引爆电子雷管(9)进行试验，试验数据由数据接收模块传输至计算机，根据人机交互软件评价和衡量饱和土液化发生程度；
(11)试验过程中通过摄影仪拍摄到爆破情况验证制定的试验方案是否准确，如不准确，则返回步骤(2)，直至制定的试验方案判断为准确。
10.根据权利要求9所述的一种爆炸荷载下饱和砂土液化程度的测试方法，其特征在于，步骤(2)中，当比例埋深λ值大于
时，试验方案为封闭爆破；当比例埋深λ值小于
时，试验方案为潜埋爆破。
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