专利名称：一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程试验仪器领域，特别涉及在水作用条件下，对软土的动力特性(动强度、动剪切模量和阻尼比等)进行全过程连续精细跟踪与高精度量测，并涉及试验方案的设计。
背景技术：
由于软土强度低，压缩性高，透水性小，并且还存在流变性，使得其上覆结构物的建设变得困难和复杂，在动力荷载(地震荷载，波浪荷载，交通荷载等)下极易出现工程事故。通过对地基软土的测试，掌握软土的各种动力特性指标，采取相应的灾害预防措施，是减少软基上建筑结构物事故和损失的重要途径。动力荷载具有随机性和复杂性，因此，软土动力问题研究的应变范围较大，需要使用不同的试验方法测定土体动力特性参数。室内土动力测试仪器主要有动三轴仪、振动剪切仪、共振柱仪、振动台、离心机等，使用这些仪器，在室内可以做从小应变到大应变的试验如采用压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统测试土样在极小应变范围(10-5-10_3(%)的动力特性指标；采用共振柱仪测试土样在小应变范围(10-4-10_2%)的动力特性指标；采用多功能三轴仪测试土样在较大应变范围(10_2-10%)的动力特性指标。由于各种测试方法测量精度范围的限制，对软土动强度、动剪切模量和阻尼比等的测试只能在相应的应变范围内进行测量，然后将不同应变段的测量数据整合，进行试验研究。这不仅使试验变得繁琐，增加了试验的误差和不确定性，也无法克服试验点离散和衔接不好的缺点。另外，以往的测试仪器，只能对试件进行局部观察，得到的试验现象不够全面和立体，甚至会忽略重要的试验现象。因此设计一套能够三维全景观察和精细跟踪的软土动力特性试验系统，解决软土的全应变过程连续高精度测量问题，具有十分重要的科学意义与广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供全应变过程(10_5_10% )连续精细跟踪的软土动力特性试验系统，实现水作用条件下全过程连续精细跟踪及高精度的量测，并可进行多尺度全景三维观测，最终揭示软土的动力特性。为达到本发明的目的，采用的技术方案如下基于多功能动三轴试验系统，包括由压力室，压力控制系统，激振系统，测量系统，伺服控制系统，显微观测系统和计算机系统组成。下面详细介绍各部分的具体组成与功能I.压力室由压力室有机玻璃外壳，土样底座承台，土样轴向加载轴组成。圆形压力室周围由有机玻璃制成，便于用显微镜三维全景观察试验过程中软土表面特征。压力室内部的情况；在压力室的中轴上，从下到上依次分布为土样底座承台、土样以及土样轴向加载轴，可实现对土样进行轴向加压；水溶液存在于中轴设备与压力室外壳之间，提供土样的水环境和径向压力。
2.压力控制系统由轴向加压控制系统，轴向加压设备，围压控制系统、围压加载设备组成。
压力控制系统用于对压力的大小进行控制。根据不同的试验方案，在不同的时间段由压力控制系统调节土样轴向压力和径向围压，使之能够模拟工程中的各种施工方案下软土的承压情况，同时围压控制系统通过围压加载设备提供对压力室中充水并加压的功倉泛。3.激振系统可提供模拟地震，海浪，交通和施工振动等各种动荷载，与高性能计算机相连，由高性能计算机控制。4.测量系统由轴向数据测量系统，径向光纤测量系统以及数据采集转换系统和解调仪组成。轴向数据测量系统将土样轴向的应力、应变数据采集到数据采集转换系统中，再反馈到伺服控制系统。径向压力测量系统将土样径向应力数据采集到转换系统中，再反馈到伺服控制系统。径向波长调制型光纤应变传感器，将测量数据传输到解调仪中，再反馈到高性能计算机中，转换成土样剪切应变。5.伺服控制系统由两个伺服控制器组成。伺服控制器分别与轴向加压控制系统和轴向压力测量系统相连，并根据轴向数据测量系统反馈的应力、应变数据，及时通过轴向加压控制系统调整轴向压力；伺服控制器分别与围压控制系统和径向压力测量系统相连，并根据径向数据测量系统反馈的应力数据，及时通过围压控制系统调整径向围压。同时两个伺服控制器将应力、应变数据实时传输到高性能计算机中。6.显微观测系统由显微镜，显微镜观测轨道，显微镜支架，图像采集器，图像分析器组成。显微观测系统用显微镜来观察土样表面破坏现象，并利用图像采集器对土样表面特征进行捕捉，并将采集到的信号传输到图像分析器中进行转换和分析，最传输到高性能计算机中。7.计算机系统由一台高性能计算机组成。高性能计算机用于控制激振系统，记录伺服控制系统和解调仪传输进来的应力、应变数据及工作情况，并将采集的数据以可视化的方式展现给用户，同时也用于存储与显示显微观测系统采集的图像信号，并可根据用户的要求作进一步处理。本发明的优点为I、能够实现全应变段连续精细跟踪及高精度的量测。2、能够实现水作用条件下的量测过程，可进行快速不排水试验，不排水固结三轴试验，排水固结三轴试验，不排水不固结试验等，为开展软土动力特性试验研究提供可靠的依据。3、能够实现多尺度全景三维观测，对软土在动力荷载作用下的变化过程进行高精度、高分辨率地捕捉、跟踪和识别以及全程动态记录。4、本系统结构简单、测试精度高、稳定性好、可操作性强、仪器高度方便，对安装测试人员没有很强的技术要求。
图I是本发明的组成部分示意图其中A——压力室Al——压力室外壳A2——有机玻璃外壳A3——土样底座承台 A4——土样轴向加载轴B——压力控制系统BI——轴向加压控制系统B2——轴向加压设备B3——围压控制系统 B4——围压加载设备C-测量系统Cl—轴向数据测量系统C2—径向压力测量系统C3——数据采集转换系统D——伺服控制系统Dl—伺服控制器D2—伺服控制器E-显微观测系统El——显微镜E3——显微镜自平衡支架E2—图像采集器E4——图像分析器E5—显微镜环形观测轨道F—计算机系统F—高性能计算机G——光纤连续应变监控系统Gl—波长调制型光纤应变传感器 G2—光缆G3——解调仪H——激振系统I——土样图2是具体实施方式
流程图。
具体实施例方式下面结合附图I和2详细说明本发明的使用方式。本发明的具体使用步骤如下I.依次安放好试验设备，连接好各个子系统。2.将软土试样放置与压力室A中，安装轴向与径向数据测量系统C1、C2。3.启动电源，通过伺服控制系统D设定加载控制的方式，加载速率及荷载级别。4.调节显微观测系统E，使之能够清晰的观察软土表面的情况；同时设定轴向测量系统和径向围压测量系统C，以及径向光纤测量系统G中的数据采集频率和后处理要求。5.启动压力控制系统B，通过轴向加压控制系统BI及围压控制系统B3对压力室中的施加的轴向压力和围压进行控制。
6.启动激振系统，施加试验需要的动荷载。7.启动测量系统C和显微观测系统E，开始进行数据记录和软土样品表面观察。8.将测量系统C 采集的数据通过伺服控制器D传输给高性能计算机F，光纤测量系统G采集的数据直接传输给高性能计算机F，通过处理，将数据以可视化的形式展现给用户；将通过显微观测系统E拍摄的照片传输给高性能计算机F，通过视频和图像处理软件展示给用户，并将拍摄的照片进行存储。9.持续步骤7，直至试验结束。
权利要求
1.一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统，包括压カ室，压カ控制系统，激振系统，測量系统，伺服控制系统，显微观测系统和计算机系统组成。其特征在于在水作用条件下全过程连续精细跟踪及高精度的量测，并可实现多尺度全景三维观测，最終掲示软土的动カ特性。
2.根据权利要求I所述的ー种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统,其特征在于 压カ室中由水提供围压，波长调制型光纤应变传感器能够实现水作用条件下的高精度量測。
3.根据权利要求I和2所述的ー种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统，其特征在于 波长调制型光纤应变传感器可进行全应变段连续精细跟踪，解决应变量测不连续的问题。
4.根据权利要求I所述的ー种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统,其特征在于 測量系统由轴向数据测量系统，径向光纤测量系统，光缆，解调仪，径向压カ数据系统以及数据采集转换系统组成。
測量系统中轴向数据测量系统，径向压カ数据系统与数据采集转换系统相连，再分别与伺服控制系统中伺服控制器相连接。径向光纤测量系统，光缆，与解调仪相连，再与计算机相连。
5.根据权利要求I所述的ー种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统，其特征在于 显微观测系统由显微镜，显微镜自平衡支架，显微镜环形观测轨道，图像采集器，图像分析器组成。
显微观测系统的安放次序为，将显微镜自平衡支架安放在环形观测轨道上，将显微镜安放在显微镜自平衡支架上，将图像采集器安装在显微镜上，并连接到图像分析器上。显微观测系统中图像分析器与计算机系统中高性能计算机相连接。
全文摘要
本发明公开了一种全过程连续精细跟踪的软土动力特性试验系统。该系统由压力室，压力控制系统，激振系统，测量系统，伺服控制系统，显微观测系统和计算机系统组成。主要优点是水作用条件下全过程连续精细跟踪及高精度的量测，并可实现多尺度全景三维观测，最终揭示软土的动力特性。
文档编号G01N3/32GK102636391SQ20121003380
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者刘镇, 周翠英, 尤帆帆, 杨旭 申请人:中山大学