[发明专利]一种土体动力测试装置

说明书

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。

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。