[发明专利]测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置及其测定方法

说明书

本发明提出一种测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置及其测定方法，本发明装置主要包括冲击电流发生器、上试样盒、下试样盒、接地极、透水石、加压板、加压活塞、压力传感器、差动位移计、液压系统、计算机数据采集系统，冲击电流发生器能用于产生雷电冲击电流，上试样盒与下试样盒可用于容纳土体和接地极，接地极有两个，一个接地极与冲击电流发生器的电流输出端电连接，另一个接地极接地，试样盒可用于进行直剪试验与单向压缩试验，测定土体力学强度变化。本发明装置能很好地模拟雷电冲击对土体造成的力学强度变化，从而为探究土体雷电致灾害机理提供参考。

技术领域

本发明涉及环境岩土工程领域，尤其涉及一种测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置及其测定方法。

背景技术

雷电是地球上普遍存在的自然现象，全球平均每年总共发生14亿次，频率约为每秒45次，这其中有超过一半的闪电发生在云内，尽管云地间闪电仅占闪电的三分之一，但其对地表环境的影响最大。云地闪电具有瞬时性、突发性以及高危险性等特点，其实际为强大雷电流向大地释放能量的过程，每次云地闪电都涉及10⁹-10¹⁰J的能量，尽管其中大部分能量在空气传导中被消耗以产生雷声、热空气、光和无线电波，但击中地面时，仍有约108J的能量释放进大地中，其峰值电流依然可以达到几十千安，甚至数百千安，持续数十微秒，巨大能量会对土体造成显著的力学冲击效应。

目前，大量研究仅针对于接地装置的雷电冲击特性，而雷电冲击作用对于土体造成的影响研究却十分欠缺。值得说明的是，首先，无论是采用接地装置或者是其他的防雷措施，最终雷电流的巨大能量均将泄放入土体中，必然会对土体造成一定强度损伤；其次，在接地装置的防雷设计中，接地装置的暂态特性对防雷效果有很大影响，然而，埋设在土中的接地装置与土体作为一个紧密接触的整体，接地装置的暂态特性和防雷效果将会直接受到周围土体的影响；最后，针对于现有的土体在雷电冲击作用下的研究装置与方法，对雷电和岩土工程的交叉研究的范围和深度仍远远不够，如申请号为201310202692.3的“土体在雷电冲击作用下的电性相应测定装置”专利，该专利的主要缺点是仅能对雷电冲击作用下土中的电流波形和孔隙水压力进行测定，不能获取雷电冲击作用对土体的一些力学强度性能变化数据，且采用两块电极板作为接地系统的电极并不符合实际情况，对于测定的电流波形等数据对于注重于力学特性的岩土工程领域价值不大。因此，对于现有研究雷电对土体造成的影响装置和技术的欠缺，特别是雷电冲击造成土体的力学强度性能变化等特征的研究尚有很多不成熟的地方，开发设计一种能测定雷电冲击作用下土体力学强度性能变化的装置和方法具有重要意义

发明内容

本发明的目的在于提出一种可对在雷电冲击前后土体的力学强度性能变化进行测定的装置和方法。

为达到上述目的，本发明提出一种测定土体在雷电冲击作用下强度性能变化的装置，包括试样盒、两根接地极、土体直剪模组、土体单向压缩模组、计算机采集系统和冲击电流发生器；

所述试样盒通过上下对称设置的上试样盒和下试样盒组成；所述试样盒内部填充有土样，两根所述接地极预埋于所述土样内，一根所述接地极与所述冲击电流发生器电连接，另一跟所述接地极接地；

所述上试样盒的顶部为通孔，所述土体单向压缩模组通过所述通孔向内部土样施压；所述土体直剪模组与所述上试样盒连接，推动所述上试样盒相对所述下试样盒位移；

所述土体直剪模组、土体单向压缩模组和所述冲击电流发生器均与所述计算机采集系统信号连接。

进一步的，还包括支架和底座；

所述试样盒通过螺栓固定于所述底座上，所述土体直剪模组和所述土体单向压缩模组通过所述支架围绕于所述试样盒外周布置。

进一步的，在所述试样盒内，所述土体的顶面和底面均铺设有透水石层。