[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

说明书

本发明公开了一种基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统及方法，该测试系统包括压力室、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、排水装置和化学注浆装置，所述试样端部电极包括设在试样上方的顶帽和试样下方的底座，化学注浆装置与底座连接，排水装置与顶帽连接，所述激振系统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。本发明能充分发挥化学电渗法处理软土的优势，有效缩短软土固结时间，提高试验效率；同时土中硅酸盐物质与注浆液阳离子在电场作用下发生化学反应，生成凝胶物质，填充土体缝隙，胶结土颗粒，增强土体强度。

技术领域

本发明涉及岩土工程土的快速固结与动力特性试验技术领域，尤其涉及一种基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统及方法。

背景技术

软土一般具有高含水率、大孔隙比、低强度、触变性和结构性等特点。在地震荷载作用下，其动孔压和剪切强度都发生了变化，土体表现出明显的应变软化现象。

目前针对电渗固化软土后，土体力学特性研究主要集中在土体承载力与抗剪强度等方面，关于土体动力特性却鲜有研究。土的动力特性研究可将传统的研究静荷载下土的特性扩展到研究动荷载下土体的动力特性、稳定性，将土的动力特性、稳定性随动荷载、时间的变化联系起来，其中土体的动剪切模量和阻尼比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，是众多土工构筑物抗震设计和动力计算分析最基本的参数，是评价土体场地效应的重要内容。

传统动力特性测试方法试样固结时间较长，且固结产生试样尺寸变化影响动力特性测试结果准确性。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能够缩短固化时间，提高试验准确性的软土动力特性测试系统及其方法。

技术方案：本发明所述的一种基于化学电渗固化软土的动力特性测试系统，包括压力室、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、排水装置和化学注浆装置，所述试样端部电极包括设在试样上方的顶帽和试样下方的底座，化学注浆装置与底座连接，排水装置与顶帽连接，所述激振系统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。

优选地，所述激振系统包括扭转激振装置和轴向激振装置；扭转激振装置包括驱动板、磁铁和线圈，所述驱动板与顶帽连接，所述磁铁固定在驱动板上，线圈套在磁铁外部。

优选地，所述驱动板上设有加速度传感器，且驱动板中心对称处设有与加速度传感器质量相同的小质量块。

优选地，所述轴向激振装置为轴向激振器，在其顶部设有LVDT轴变位移感应器。

优选地，所述顶帽下方和底座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和圆心散开的四排等间距圆孔。

优选地，还包括电源，所述电源阳极通过导线连接底座，电源阴极通过导线连接顶帽。

优选地，所述底座下部设有注浆孔，注浆孔通过注浆管与化学注浆装置连接，注浆管上设有用于控制浆液注入时间及用量的止水阀，所述注浆孔连接孔压检测装置。

优选地，所述顶帽边缘设有排水孔，排水孔通过排水管与排水装置连接，所述排水装置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。

优选地，所述压力腔通过注水管连接注水装置，所述注水装置中设有液位计，在固结前将水注入压力腔内，结合水体积变化和LVDT轴变位移感应器测得化学电渗固结后试样尺寸。

本发明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，包括以下步骤：

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