[实用新型]一种测试液化后颗粒运动状态的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试液化后颗粒运动状态的试验装置，属于岩土地震工程技术领域。

背景技术

地震是人类面临的主要自认灾害之一，饱和砂土在地震作用下会发生液化，从而引起岩土构筑物的破坏，据统计，各种岩土工程震害几乎都是由砂性土液化或粘性土弱化所致。近年来，世界范围内地震活动频繁，特别是在2008年中国“5.12”汶川大地震、2011年日本“3.11”大地震中，均存在因砂土液化引起的震害。

饱和砂土的总应力由有效应力和孔隙水压力两部分组成，在一般情况下，地基的荷载主要由总应力中的有效应力来承担，然而，当发生地震时，饱和砂土中的孔隙水压力在地震动荷载的作用下会不断上升，而在总应力大小不变的前提下，有效应力就会不断减小，直到有效应力为零的时候，砂土的总应力完全由孔隙水压力组成，土骨架丧失了承载力，土颗粒就像“悬浮在水中”一样，此时的状态就被称为砂土完全液化状态，这种现象就是饱和砂土的液化现象。

部分学者把不排水循环剪切试验中有效应力第一次为0的状态称为“初始液化”，从而将液化过程分为“液化前（初始液化前）”和“液化后（初始液化后）”两个阶段。过去关于饱和砂土液化问题的绝大多数研究都集中在“初始液化”的产生条件、影响因素、评判准则以及液化前的应力应变响应，对于液化后的应力应变响应的研究则相对较少，特别是对饱和砂土液化后大变形产生机理的深入研究则更少，迄今为止提出的绝大多数砂土的循环本构模型均不能够模拟液化后的应力应变响应。有些学者提出了饱和砂土液化后大变形的一种机理解释，并据此建立了描述饱和砂土液化后不排水单调剪切大变形的本构模型，发展了一套相对比较完整的可统一预测液化后地面侧向变形和竖向沉降的实用方法。

随着液化研究的深入，人们关注土体液化领域的热点也在由液化前的预报和强度计算向液化后土体大变形的问题转移。液化后土体大变形研究方法是基于性态抗震设计的思想，以位移为准则来衡量土工构筑物的抗震性能，这种方法考虑的是构筑物在地基液化中发生的位移量，依此来进行抗震设计。因此研究砂土液化后大变形问题的重点就是研究颗粒运动的特性。

本发明之前，饱和砂土液化后的状态一般都是通过振动台提供的动力荷载，使得饱和砂土液化来实现的，这样的液化后状态既短暂又不稳定，对于室内试验研究造成了诸多障碍，而且受制于动态测量技术的局限性，试验过程中得到的变形数据以及颗粒运动特性的误差都比较大，具体缺点表现为：

（1） 通过振动台提供的动力荷载来模拟地震荷载，受制于振动台发展技术落后等因素，不能够准确地模拟出地震荷载，此外该试验过程所需要的费用昂贵，试验重复率和容错较低。

（2） 利用振动台提供的动荷载使得饱和砂土达到液化状态后，一旦撤去动荷载后，由于砂土的渗透系数较大，超静孔隙水应力将会很快消散，有效应力得到恢复，因此这种试验模拟出的液化后状态持续时间很短，不利于长时间的试验研究。

（3） 受制于动态测量装置技术的局限性和昂贵的价格，如果采用静态测量装置，当振动台处于激震状态时，安装在饱和砂土中测量装置的精度将受到严重影响。

（4） 过去通过振动台模拟出饱和砂土的液化后状态很难清晰地观察到砂颗粒的运动状态。

（5） 利用位移传感器等非可视化装置测量砂颗粒的运动状态，不能直接看到颗粒内部的实际运动状态，精度低，且受到动荷载的影响大。

（6） 利用振动台试验模拟的饱和砂土液化后状态难以捕捉到高孔压比状态。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述传统的实验装置费用高、稳定性差、时间短、精度低等缺陷。提出了一种新型的测试液化后颗粒运动状态的试验装置。

本实用新型采用的技术方案是：

一种测试液化后颗粒运动状态的试验装置，包括模型箱、模型箱密封盖、工作台和PIV光学测试平台、氯化钠溶液、塑料砂、实心圆柱体，其特征在于：模型箱采用透明的有机玻璃面板制成，模型箱密封盖周围包有密封圈，在模型箱密封盖中间开有一个圆孔，孔径大小为刚好可以塞入抽真空管，圆孔的盖子采用密封设计；模型箱底部的一个侧面上设有注水孔，孔径大小为刚好可以塞入进水管，注水孔的盖子也采用密封设计；模型箱四周的有机玻璃面板与基座之间每隔一定距离设置一块连接块，模型箱基座上开有螺纹孔，试验过程中通过螺栓固定在工作台。