[发明专利]一种基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统及方法

权利要求书

1.一种基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，包括压力室(1)、置于压力室内的试样、激振系统和化学电渗系统；所述化学电渗系统包括试样端部电极(2)、排水装置(3)和化学注浆装置(4)，所述试样端部电极(2)包括设在试样上方的顶帽(21)和试样下方的底座(22)，化学注浆装置(4)与底座(22)连接，排水装置(3)与顶帽(21)连接，所述激振机构与试样连接用于对试样施加轴向激振和扭转激振，所述试样外部设有用于测量试样形变的压力腔(5)。

2.根据权利要求1所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述激振系统包括扭转激振装置(6)和轴向激振装置(7)；扭转激振装置(6)包括驱动板(61)、磁铁(62)和线圈(63)，所述驱动板(61)与顶帽(21)连接，所述磁铁(62)固定在驱动板(61)上，线圈(63)套在磁铁(62)外部。

3.根据权利要求2所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述驱动板(61)上设有加速度传感器(64)，且驱动板中心对称处设有与加速度传感器(64)质量相同的小质量块(65)。

4.根据权利要求2所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述轴向激振装置(7)为轴向激振器，在其顶部设有LVDT轴变位移感应器(8)。

5.根据权利要求1所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述顶帽(21)下方和底座(22)上方嵌入铜制金属电极，铜制金属电极表面设有圆心散开的八排凸起等间距刀刃(23)和圆心散开的四排等间距圆孔(24)。

6.根据权利要求1所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，还包括电源(10)，所述电源阳极通过导线连接底座(22)，电源阴极通过导线连接顶帽(21)。

7.根据权利要求1所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述底座(22)下部设有注浆孔，注浆孔通过注浆管(41)与化学注浆装置(4)连接，注浆管(41)上设有用于控制浆液注入时间及用量的止水阀(42)，所述注浆孔连接孔压检测装置(11)。

8.根据权利要求1所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述顶帽(21)边缘设有排水孔，排水孔通过排水管(31)与排水装置(3)连接，所述排水装置(3)设有对土样固结程度以及排水量进行监测的水位检测元件。

9.根据权利要求1所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，其特征在于，所述压力腔(5)通过注水管(91)连接注水装置(9)，所述注水装置(9)中设有液位计，在固结前将水注入压力腔(5)内，结合水体积变化和LVDT轴变位移感应器(8)测得化学电渗固结后试样尺寸。

10.一种如权利要求1-9任一所述的基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)试样安装：将底座(22)安装在承台(12)上，制取圆柱试样，用套筒将试样套上橡胶膜，将试样压入底座(22)顶部凸起的刀刃(23)中并固定密封，安装顶帽(21)，使顶帽底部刀刃(23)切入土体试样表面并固定密封；

(b)对于扭转振动，安装扭转激振装置(6)，将加速度传感器(64)水平固定在驱动板(61)上并对称安装小质量块(65)，将驱动板(61)与顶帽(21)相连；对于轴向振动，将加速度传感器(64)垂直固定在驱动板(61)上，并将驱动板(61)上端与轴向激振器(7)相连，下端与顶帽(21)相连；将线圈(63)接入功率放大器并将加速度传感器(64)连接电信号放大器；组装好仪器，连接导线，接入计算机操作系统；

(c)取下对开模，向压力腔(5)内注水，放下压力室(1)外罩，向压力室(1)内加压，监测试样高度直径变化；

(d)接通电源，打开化学电渗系统，向试样内注浆，通过试样端部电极(2)化学电渗排水并收集试样排出的水，且通过水位检测元件检测排水量，直至试样完成固结；

(e)打开计算机操作系统，设置试验条件，开启扭转激振装置、功率放大器、电信号放大器以及数模转换器，进行振动试验，记录试样的振动过程并且得到试样的自振衰减曲线，根据自振衰减曲线来计算出试样的动模量和阻尼比，如此反复的逐级增加激振力，得到足够的试验数据分析试样的动力特性，再由加速度传感器采集和处理试样振动过程中的加速度值；

(f)试验结束，关闭系统，取下部件，结合试样高度直径测试结果，整理系统数据。