[发明专利]一种各向异性拉伸条件下土的共振柱试验方法及装置

说明书

本发明公开了一种各向异性拉伸条件下土的共振柱试验方法及装置，步骤是：(1)试验准备：削取圆柱试样，将底座安装在承台上；(2)装样：将透水石和试样依次安装在底座上；(3)组装仪器；(4)试样固结；(5)设置试验条件：开启信号发生器等；(6)进行振动试验；(7)试验结束：关闭仪器电源，卸除压力，拆下压力室外罩并拆除试样。传力杆通过传力杆嵌帽和传力螺帽分别与平衡架、试样帽进行固定，传力杆上部通过加载帽盖与可伸缩支杆连接，可伸缩支杆穿过顶板和承托板。顶板和承托板之间由可伸缩支杆、可伸缩支杆平行对称连接。量表安装在可伸缩支杆顶端。适用于各类土体，实现容易、简单易懂，提高了采集数据的准确性和试验的成功率。

技术领域

本发明涉及岩土工程土工试验领域，尤其涉及一种各向异性拉伸条件下土的共振柱试验方法。同时还涉及一种各向异性拉伸条件下土的共振柱试验的装置，它同时也适用于各向同性条件下的共振柱试验。

背景技术

土的小应变刚度(通常以剪切模量G和阻尼比D两个参数来描述)是土体的重要力学性质，体现了这类岩土材料对地震荷载、振动冲击等动力荷载的响应，是众多工构筑物抗震设计和动力计算分析最基本的参数(Burland,J.B.1989.Ninth Laurits BjerrumMemorial Lecture:Small is beautiful—the stiffness of soils at smallstrains.Canadian Geotechnical Journal,26(4),499–516.)。因此，土的小应变刚度对工程设计的安全性和经济性具有重要意义。目前，土的小应变刚度可以通过多种刚度测试方法测定，其中共振柱试验是这些方法中最常用、最重要的方法。共振柱试验由电测驱动系统产生扭转激励，通过测量自由端的运动得到基础共振频率，继而确定材料的波速、剪切模量和阻尼比。

虽然共振柱试验得到了广泛的应用，但也有着明显的局限性，即现有的仪器和试验方法只能开展各向同性条件下的刚度测试，即施加在试样上的三个主应力σ₁，σ₂，σ₃大小相等，这与土的天然赋存状态不符合。研究表明，大多数土体在自然界中处于各向异性状态，即最小主应力σ₃与最大主应力σ₁并不相等，二者的比值称为静止土压力系数K₀。因此，为了准确测定土的小应变刚度参数，非常有必要在各向异性条件下开展共振柱试验。已有的专利对这一问题进行了初步的探讨，如已发明了可以在压缩状态下(K₀1)进行共振柱测试的仪器(一种稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统及方法，申请号201811251153.8)。而目前尚未有文献或专利涉及开展拉伸状态下(K₀1)的共振柱试验。与此对应，许多研究者指出，一部分土体在天然状态下的K₀1(Watabe,Y.,Tanaka,M.,Tanaka,H.,Tsuchida,T.2003.K0-consolidation in a triaxial cell and evaluationof in-situ K0 for marine clays with various characteristics.Soils andFoundations,43(1),1-20.)即处于拉伸状态。因此急需一种能够提供各向异性拉伸状态下的共振柱试验方法，以满足科研和工程实际应用的需要。

发明内容

依据上述内容，为了解决现有方法不能在拉伸条件下使用共振柱测定土的各向异性的问题，本发明的目的是在于提供了一种各向异性拉伸条件下土的共振柱试验方法，方法易行，操作简便，该方法基于传统的共振柱试验，不仅可以在拉伸条件下进行测试，还向下兼容了各向同性条件下进行的共振柱试验。本发明适用于各类土体，实现容易、简单易懂的特点。

本发明人另一个目的是在于提供了一种一种各向异性拉伸条件下土的共振柱试验装置，结构简单，使用方便，便于组装，适配性强，组装步骤简单，便于携带，与目前各类传统共振柱仪器均可适配，造价低廉，可以实现量产，试验成功率高，该装置能较好地保护试样在试验过程中不会受拉破坏，提高了采集数据的准确性和试验的成功率。