[发明专利]离心场中土体液化固液相变应力与波速各向异性测量装置

说明书

本发明公开了离心场中土体液化固液相变应力与波速各向异性测量装置，包括底座，所述底座包括底板、垂直于底板的竖板，所述底板顶部设置孔隙水压力传感器、水平土压力传感器和竖直布置的压电陶瓷剪切波速测试元件，所述竖板侧壁上设置竖直土压力传感器、水平布置的压电陶瓷剪切波速测试元件。对比现有技术，本发明的有益效果在于：有效的克服了离心场中的高应力、强电磁干扰等困难，测量精度高、误差小，测试结果具有很高的可信性。

技术领域

本发明涉及土工离心模型试验技术领域，具体涉及一种离心场中联合测量地震液化固液相变过程中地基应力各向异性与弹性模量各向异性动态演化的试验装置，属于一种测量与评价土体静、动力学性质的试验装置。

背景技术

液化是一种典型的地震岩土工程灾害，液化过程中土体存在固态与液态的相变转化。我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间，构造复杂，地震活动频繁；同时，我国大部分地区都分布着可液化土，这意味着我国所面临的地震液化挑战非常严峻。因此，展开地震液化领域的研究是极其必要的。

岩土离心模型试验，通过离心机的高速自转提供N倍于地球引力的重力加速度，进而能够利用较小尺寸的模型地基再现场地尺度上的真实应力状态，进而较好的再现土的动力学行为，在模拟地震液化问题上具有其他方法不可比拟的优点，近年来也愈发受到工程技术人员和科研人员的关注。

另一方面，土体具有复杂的各向异性特征。例如，天然地基具有应力各向异性，即各个方向所受的应力大小不一致。此外，土颗粒的排列情况、所施加的静动荷载都会导致土的力学性质产生各向异性，例如土体在在各个方向上的强度、变形、渗透等物理力学性质存在较大的差异。总的来说，可以认为剪切波速的各向异性是土体力学各向异性特征的一种综合体现，而应力各向异性则是其中一个重要的影响因素。

在土的整个液化过程中，伴随着超孔隙水压力的上升和消散，砂土的应力和剪切波速的各向异性特征都会发生连续、剧烈的变化。在超孔隙水压力上升阶段，砂土的水土应力由竖直方向较大、水平方向较小的各向异性状态(固态性质)逐渐变为竖直应力与水平应力几乎相等的各向同性状态(流态性质)；此过程中，颗粒间的接触作用逐渐减弱，土的每一个方向上的剪切波速都会显著减小，直至变为每个方向剪切波速都很小且非常接近的各向同性状态。在孔隙水压力消散阶段，伴随着砂土颗粒间接触作用的重新恢复，应力和剪切波速都会从各向同性状态逐渐演变至各向异性状态。由此可见，土体液化的整个固态——流态相变转化过程中，其应力各向异性和剪切波速各向异性的演化规律和内在机理具有一定的相似性，故实现这两种各向异性的同步、精确的联合测量是极其必要的。

现有中国发明专利CN201510225638一种可量测静止土压力系数和小应变剪切模量的固结仪，公开了一种可以同时测量干燥状态或含水率较低土体的静止土压力系数和小应变剪切模量的固结仪，实现了应力和小应变模量的较为简便的测量；现有中国发明专利CN2015102740397K0条件下基于土体动力学参数及各向异性测定仪的微观结构演化方法，实现了完全侧限条件下干砂剪切模量、压缩模量和水平、竖直向土压力的方便快捷的测量。

但是该装置存在以下缺点：(1)该装置中土体所处的状态与真实地基有着显著的差异。(2)其加载板处的密封性难以保证，无法解决防水问题，故该装置无法应用至饱和砂土的地震液化领域。(3)容器内部土体与估固结仪侧壁的摩擦力不可忽视，进而使得测试结果的可靠性降低。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种离心场中土体液化固液相变应力与波速各向异性测量装置，可以在离心机振动台试验中实现液化全过程应力各向异性和剪切波速各向异性特征联合测量的高精度、误差小。

本发明为实现上述目的采用以下技术方案，离心场中土体液化固液相变应力与波速各向异性测量装置，包括底座，所述底座包括底板、垂直于底板的竖板，所述底板顶部设置孔隙水压力传感器、水平土压力传感器和竖直布置的压电陶瓷剪切波速测试元件，所述竖板侧壁上设置竖直土压力传感器、水平布置的压电陶瓷剪切波速测试元件。