[发明专利]一种监测水平加速度的土体高频振动直剪仪及其使用方法

说明书

本发明提供一种监测水平加速度的土体高频振动直剪仪，包括支撑架、杠杆、激振器、水平荷载传感器、垂直荷载传感器、上剪切盒、下剪切盒、位移传感器、步进电机和加速度计，所述激振器、水平荷载传感器、下剪切盒和步进电机均位于支撑架上，所述激振器用以施加机械振动力。本发明还提供了一种所述土体高频振动直剪仪的使用方法，包括以下步骤：获取土体试样；将土体试样推入上剪切盒和下剪切盒中，装载砝码，使土体试样进行固结；利用步进电机进行振动剪切试验；启动激振器，继续进行振动剪切试验；关闭步进电机；重置砝码的重量，绘制振动应力‑应变曲线；获取土体试样的振动抗剪强度指标。本发明的土体高频振动直剪仪能精确监测水平加速度。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种监测水平加速度的土体高频振动直剪仪及其使用方法。

背景技术

随着城市轨道交通和地下深基坑工程的兴建，越来越多的工程项目建立在黏土、粉土和砂土地层之上，特别是软黏土，由于其具有触变性，在振动荷载作用下，软黏土的结构性被破坏，其抗剪强度急剧下降。饱和粉土和砂土在振动荷载作用下，由于孔隙水压力骤然升高，有效应力下降，粉土和砂土出现液化的现象，导致抗剪强度变得非常低。现有的《土工试验方法标准GBT50123-1999》或《土工试验规程SL237-1999》建议采用动三轴试验来研究土体在动荷载作用下的抗剪强度，但是目前市场上成熟的三轴试验仪最高的动荷载频率约为20Hz，远不能满足施工现场振动频率约为50-100Hz的机械振动。50-100Hz的机械振动使软黏土、粉土或砂土在物理、力学性质上呈现极端的不均匀性与非线性，特别是会引起软黏土的触变性和饱和砂土的快速液化。对于城市地下工程来讲，一旦软黏土或砂土地层由于触变性或液化导致过大地面沉降，势必严重影响环境建设。因此，需要研制适合较高振动频率和能够精确采集加速度的新型仪器，用来量测在振动荷载作用下土体峰值强度或残余强度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制作简单、测量准确的监测水平加速度的土体高频振动直剪仪，还提供了一种步骤简便的监测水平加速度的土体高频振动直剪仪的使用方法。

本发明提供一种监测水平加速度的土体高频振动直剪仪，包括支撑架、杠杆、激振器、水平荷载传感器、垂直荷载传感器、上剪切盒、下剪切盒、位移传感器、步进电机和加速度计，所述激振器、水平荷载传感器、下剪切盒和步进电机均位于支撑架上，所述杠杆位于支撑架的下方，所述上剪切盒位于下剪切盒的上方，所述垂直荷载传感器位于上剪切盒的上方，所述加速度计设置在上剪切盒上，所述位移传感器连接在支撑架上，所述步进电机与下剪切盒连接，所述上剪切盒和激振器分别与水平荷载传感器连接，所述激振器用以施加机械振动力，所述位移传感器用以测量土体试样的固结位移量和振动过程中土体试样的轴向变形，所述加速度计用以精确监测土体试样受到的水平加速度。

进一步地，所述激振器通过传力杆与水平荷载传感器的一端连接，所述上剪切盒通过螺纹接头和第一螺柱与水平荷载传感器的另一端连接，所述上剪切盒与第一螺柱的一端连接，所述第一螺柱的另一端和水平荷载传感器的另一端均与螺纹接头连接。

进一步地，所述激振器产生的机械振动力经传力杆传送至水平荷载传感器，然后经水平荷载传感器传送至上剪切盒。

进一步地，所述垂直荷载传感器的上端通过金属球连接一框架，在所述框架的上方放置位移传感器，所述杠杆垂直穿过框架的下端，所述杠杆的右侧挂有砝码，所述杠杆的左侧配有平衡锤。

进一步地，所述砝码产生一个垂直向下的重力，该重力经杠杆和框架传递到垂直荷载传感器后转换为对土体试样施加的垂向压力。

进一步地，所述步进电机通过第二螺柱与下剪切盒连接，所述步进电机通过第一螺栓固定连接在支撑架上。

进一步地，所述水平荷载传感器与激振器之间设有导向支撑装置，所述导向支撑装置水平穿过水平荷载传感器的一端，所述激振器与支撑架之间设有一底座，所述底座通过第二螺栓固定在支撑架上。