[发明专利]一种基于剪切波速的现场土样三向测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于剪切波速的现场土样三向测试装置及方法，包括定位杆，一对装有弯曲元的顶帽及底座、一对装有弯曲元的对开模。所述定位杆外置，材料刚度大且基本不会发生形变；所述顶帽和底座加工成一定的大小规格且中心留有安装弯曲元的孔位，表面加工有统一大小规格的圆形凹槽，侧面加工有统一大小规格的定位槽；所述对开模加工成一定的大小规格且中部留有安装弯曲元的孔位。通过该装置，并配合弯曲元量测系统，能同时进行土样的三向波速测试，利用三向波速的差异性，直接在现场得到土体在天然状态下的各向异性，有效提高了测试的精确程度、便利程度。

技术领域

本发明涉及岩土工程现场测试领域。

背景技术

尽管基于各向同性假设的土力学分析方法已经被证明适用于大多数实际工程，但国内外大量研究表明，考虑土体的各向异性能更加真实地反映土体的力学性质。随着我国建设水平的逐步提高，各类重大基础工程对变形预测和控制的要求也越来越高，对土体各向异性的描述也在工程设计中得到越来越多的重视。

现阶段常用的测试方法较为繁琐且不能完整地反映土体的原生各向异性，而剪切波速作为能反映土体密实程度、应力状态、应力历史等的综合性指标，能够对土体的各向异性进行全面的描述。近年来，弯曲元量测系统在剪切波速量测中运用得越来越普及，其具有装置小巧、操作简单、对土样不造成损伤的优点，但其使用范围大多局限于室内，在现场对刚取得的土样直接进行测试时发现，无法有效地将一对弯曲元的压电陶瓷平行对准，这一局限性大大影响了弯曲元在现场直接测试土样波速的精度，为了更好地得到土体天然状态下的各向异性，避免运输、制样过程中对各向异性的影响，亟需一种能在现场直接对土样的竖直向、水平向进行波速测试的装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于剪切波速的现场土样三向测试装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于剪切波速的现场土样三向测试方法，其特征在于，利用两点确定一条直线的原理，借助定位杆与两个定位槽定位顶帽和底座，

首先，使竖直向两个弯曲元的压电陶瓷在现场工作时保持平行，进行土样波速测试(第一个维度下的测试)；

然后，通过固定两个对开模，使水平向两个弯曲元的压电陶瓷在现场工作时保持平行，进行土样波速测试(第二个维度下的测试)；

最后，拆开两个对开模，绕土样轴心水平旋转90°后进行土样波速测试(第三个维度下的测试)。上述步骤可以提升现场波速测试的精度，解决现场波速测试试验结果精确度不够的问题，最终得到土样在竖直向和水平向的波速差异，完成土样各向异性的测试。

一种基于剪切波速的现场土样三向测试装置，其特征在于，包括支架机构、三维测试机构，支架机构内设置有土样(20)；

所述支架机构包括定位杆(1)、顶帽(2)、底座(3)、对开模(14)(15)，

所述测试机构包括竖向弯曲元(10)(11)、竖向压电陶瓷(12)(13)、水平向弯曲元(16)(17)、水平向压电陶瓷(18)(19)，

其中：

所述顶帽(2)、底座(3)上下放置并由外置的定位杆(1)连接，顶帽(2)、底座(3)内中心处分别安装有竖向弯曲元，每个竖向弯曲元通过一个竖向压电陶瓷与顶帽(2)、底座(3)之间的土样(20)顶部接触；所述对开模抱箍土样(20) 的外围，相对位置关系的对开模内分别设置有水平向弯曲元(16)(17)，每个水平向弯曲元通过一个水平向压电陶瓷与土样(20)侧面接触。

进一步优化，所述定位槽(4)(5)中心连线、预留电缆通道(8)(9)中心连线、通过顶帽(2)和底座(3)中心，以上共面。

进一步优化，整个装置还包括定位机构；