CN102636391A - 一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验***。该***由压力室，压力控制***，激振***，测量***，伺服控制***，显微观测***和计算机***组成。主要优点是水作用条件下全过程连续精细跟踪及高精度的量测，并可实现多尺度全景三维观测，最终揭示软土的动力特性。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程试验仪器领域，特别涉及在水作用条件下，对软土的动力特性(动强度、动剪切模量和阻尼比等)进行全过程连续精细跟踪与高精度量测，并涉及试验方案的设计。
背景技术
由于软土强度低，压缩性高，透水性小，并且还存在流变性，使得其上覆结构物的建设变得困难和复杂，在动力荷载(地震荷载，波浪荷载，交通荷载等)下极易出现工程事故。通过对地基软土的测试，掌握软土的各种动力特性指标，采取相应的灾害预防措施，是减少软基上建筑结构物事故和损失的重要途径。
动力荷载具有随机性和复杂性，因此，软土动力问题研究的应变范围较大，需要使用不同的试验方法测定土体动力特性参数。室内土动力测试仪器主要有动三轴仪、振动剪切仪、共振柱仪、振动台、离心机等，使用这些仪器，在室内可以做从小应变到大应变的试验：如采用压电陶瓷弯曲元剪切波速测试***测试土样在极小应变范围(10-5-10-3％)的动力特性指标；采用共振柱仪测试土样在小应变范围(10-4-10-2％)的动力特性指标；采用多功能三轴仪测试土样在较大应变范围(10-2-10％)的动力特性指标。由于各种测试方法测量精度范围的限制，对软土动强度、动剪切模量和阻尼比等的测试只能在相应的应变范围内进行测量，然后将不同应变段的测量数据整合，进行试验研究。这不仅使试验变得繁琐，增加了试验的误差和不确定性，也无法克服试验点离散和衔接不好的缺点。另外，以往的测试仪器，只能对试件进行局部观察，得到的试验现象不够全面和立体，甚至会忽略重要的试验现象。因此设计一套能够三维全景观察和精细跟踪的软土动力特性试验***，解决软土的全应变过程连续高精度测量问题，具有十分重要的科学意义与广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供全应变过程(10-5-10％)连续精细跟踪的软土动力特性试验***，实现水作用条件下全过程连续精细跟踪及高精度的量测，并可进行多尺度全景三维观测，最终揭示软土的动力特性。
为达到本发明的目的，采用的技术方案如下：
基于多功能动三轴试验***，包括由压力室，压力控制***，激振***，测量***，伺服控制***，显微观测***和计算机***组成。
下面详细介绍各部分的具体组成与功能：
1.压力室由压力室有机玻璃外壳，土样底座承台，土样轴向加载轴组成。
圆形压力室周围由有机玻璃制成，便于用显微镜三维全景观察试验过程中软土表面特征。压力室内部的情况；在压力室的中轴上，从下到上依次分布为土样底座承台、土样以及土样轴向加载轴，可实现对土样进行轴向加压；水溶液存在于中轴设备与压力室外壳之间，提供土样的水环境和径向压力。
2.压力控制***由轴向加压控制***，轴向加压设备，围压控制***、围压加载设备组成。
压力控制***用于对压力的大小进行控制。根据不同的试验方案，在不同的时间段由压力控制***调节土样轴向压力和径向围压，使之能够模拟工程中的各种施工方案下软土的承压情况，同时围压控制***通过围压加载设备提供对压力室中充水并加压的功能。
3.激振***可提供模拟地震，海浪，交通和施工振动等各种动荷载，与高性能计算机相连，由高性能计算机控制。
4.测量***由轴向数据测量***，径向光纤测量***以及数据采集转换***和解调仪组成。
轴向数据测量***将土样轴向的应力、应变数据采集到数据采集转换***中，再反馈到伺服控制***。
径向压力测量***将土样径向应力数据采集到转换***中，再反馈到伺服控制***。
径向波长调制型光纤应变传感器，将测量数据传输到解调仪中，再反馈到高性能计算机中，转换成土样剪切应变。
5.伺服控制***由两个伺服控制器组成。
伺服控制器分别与轴向加压控制***和轴向压力测量***相连，并根据轴向数据测量***反馈的应力、应变数据，及时通过轴向加压控制***调整轴向压力；伺服控制器分别与围压控制***和径向压力测量***相连，并根据径向数据测量***反馈的应力数据，及时通过围压控制***调整径向围压。同时两个伺服控制器将应力、应变数据实时传输到高性能计算机中。
6.显微观测***由显微镜，显微镜观测轨道，显微镜支架，图像采集器，图像分析器组成。
显微观测***用显微镜来观察土样表面破坏现象，并利用图像采集器对土样表面特征进行捕捉，并将采集到的信号传输到图像分析器中进行转换和分析，最传输到高性能计算机中。
7.计算机***由一台高性能计算机组成。
高性能计算机用于控制激振***，记录伺服控制***和解调仪传输进来的应力、应变数据及工作情况，并将采集的数据以可视化的方式展现给用户，同时也用于存储与显示显微观测***采集的图像信号，并可根据用户的要求作进一步处理。
本发明的优点为：
1、能够实现全应变段连续精细跟踪及高精度的量测。
2、能够实现水作用条件下的量测过程，可进行快速不排水试验，不排水固结三轴试验，排水固结三轴试验，不排水不固结试验等，为开展软土动力特性试验研究提供可靠的依据。
3、能够实现多尺度全景三维观测，对软土在动力荷载作用下的变化过程进行高精度、高分辨率地捕捉、跟踪和识别以及全程动态记录。
4、本***结构简单、测试精度高、稳定性好、可操作性强、仪器高度方便，对安装测试人员没有很强的技术要求。
附图说明
图1是本发明的组成部分示意图：
其中：
A——压力室
A1——压力室外壳 A2——有机玻璃外壳
A3——土样底座承台 A4——土样轴向加载轴
B——压力控制***
B1——轴向加压控制*** B2——轴向加压设备
B3——围压控制*** B4——围压加载设备
C——测量***
C1——轴向数据测量*** C2——径向压力测量***
C3——数据采集转换***
D——伺服控制***
D1——伺服控制器 D2——伺服控制器
E——显微观测***
E1——显微镜 E3——显微镜自平衡支架
E2——图像采集器 E4——图像分析器
E5——显微镜环形观测轨道
F——计算机***
F——高性能计算机
G——光纤连续应变监控***
G1——波长调制型光纤应变传感器 G2——光缆
G3——解调仪
H——激振***
I——土样
图2是具体实施方式流程图。
具体实施方式
下面结合附图1和2详细说明本发明的使用方式。
本发明的具体使用步骤如下：
1.依次安放好试验设备，连接好各个子***。
2.将软土试样放置与压力室A中，安装轴向与径向数据测量***C1、C2。
3.启动电源，通过伺服控制***D设定加载控制的方式，加载速率及荷载级别。
4.调节显微观测***E，使之能够清晰的观察软土表面的情况；同时设定轴向测量***和径向围压测量***C，以及径向光纤测量***G中的数据采集频率和后处理要求。
5.启动压力控制***B，通过轴向加压控制***B1及围压控制***B3对压力室中的施加的轴向压力和围压进行控制。
6.启动激振***，施加试验需要的动荷载。
7.启动测量***C和显微观测***E，开始进行数据记录和软土样品表面观察。
8.将测量***C采集的数据通过伺服控制器D传输给高性能计算机F，光纤测量***G采集的数据直接传输给高性能计算机F，通过处理，将数据以可视化的形式展现给用户；将通过显微观测***E拍摄的照片传输给高性能计算机F，通过视频和图像处理软件展示给用户，并将拍摄的照片进行存储。
9.持续步骤7，直至试验结束。
Claims (5)
1.一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验***，包括压力室，压力控制***，激振***，测量***，伺服控制***，显微观测***和计算机***组成。其特征在于：在水作用条件下全过程连续精细跟踪及高精度的量测，并可实现多尺度全景三维观测，最终揭示软土的动力特性。
2.根据权利要求1所述的一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验***，其特征在于：
压力室中由水提供围压，波长调制型光纤应变传感器能够实现水作用条件下的高精度量测。
3.根据权利要求1和2所述的一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验***，其特征在于：
波长调制型光纤应变传感器可进行全应变段连续精细跟踪，解决应变量测不连续的问题。
4.根据权利要求1所述的一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验***，其特征在于：
测量***由轴向数据测量***，径向光纤测量***，光缆，解调仪，径向压力数据***以及数据采集转换***组成。
测量***中轴向数据测量***，径向压力数据***与数据采集转换***相连，再分别与伺服控制***中伺服控制器相连接。径向光纤测量***，光缆，与解调仪相连，再与计算机相连。
5.根据权利要求1所述的一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验***，其特征在于：
显微观测***由显微镜，显微镜自平衡支架，显微镜环形观测轨道，图像采集器，图像分析器组成。
显微观测***的安放次序为，将显微镜自平衡支架安放在环形观测轨道上，将显微镜安放在显微镜自平衡支架上，将图像采集器安装在显微镜上，并连接到图像分析器上。
显微观测***中图像分析器与计算机***中高性能计算机相连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120815 |