一种振动液化模型试验装置及其试验方法

本发明涉及饱和砂土振动液化试验设备，尤其涉及一种振动液化模型试验装置及其试验方法。

背景技术：

1、饱和砂层是一种常见的软弱不良地层，常见于地下综合管廊、地铁、隧道等工程，其结构松散，自稳能力差，容易发生突发性变形，从而诱发事故，现有技术中对于饱和砂层的液化研究，振动力分散，且振动频率不能调节，无法获得不同的振动频率研究中心振动作用对不同埋深砂土液化的影响；饱和砂层在受到振动影响后，土体中孔隙水压力骤然上升，使土粒间应力降低到零，土体呈现近乎液体状态，砂土在地震荷载作用下会发生液化，变成象流体一样，丧失抗剪强度和承载能力，从而诱发事故，砂土液化是指饱水的疏松粉、细砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象，由于孔隙水压力上升，有效应力减小所导致的砂土从固态到液态的变化现象。其机制是饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉和细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到零，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明提供一种振动液化模型试验装置及其试验方法。

2、为了实现上述目的，本发明提出一种振动液化模型试验装置，包括：缸体，设于所述缸体上的升降装置以及设于所述升降装置上的振动装置，所述振动装置包括驱动电机和振动杆，所述驱动电机驱动所述振动杆振动，所述升降装置带动所述振动杆在所述缸体内上下运动，所述缸体的侧边设有进料门，所述进料门与所述缸体的连接处设有止水带。

3、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述振动装置还包括安装组件和振动组件，所述安装组件的顶部设有所述驱动电机，所述安装组件的底部与所述振动组件连接，所述驱动电机的传动轴穿过所述安装组件伸入所述振动组件内以提供振动源。

4、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述安装组件包括第一安装架、第二安装架以及连接所述第一安装架和所述第二安装架的支撑杆，所述第一安装架的直径大于所述第二安装架的直径，所述第一安装架上安装有所述驱动电机，所述第一安装架的中心位置处开有以供所述驱动电机的所述传动轴穿过的通孔，所述第二安装架的底部连接有所述振动组件。

5、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述振动杆上设有减震件，所述振动杆的顶端与所述第二安装架连接，所述驱动电机的传动轴伸入所述振动杆内。

6、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述升降装置包括固定支架和升降支架，所述固定支架架设于所述缸体的顶部，所述升降支架与所述固定支架滑动连接，所述升降支架上安装有所述第一安装架。

7、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述升降支架的两外侧设有滑轮，所述固定支架的两内侧设有与所述滑轮相匹配的滑槽，所述升降支架通过所述滑轮在所述滑槽内滑动。

8、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述升降装置还包括绞盘，所述绞盘设于所述固定支架上，所述固定支架的顶端设有定滑轮，所述绞盘通过绕过所述定滑轮的绞绳与所述升降支架连接，所述绞盘转动以带动所述升降支架在所述固定支架内滑动。

9、作为一种可选的实施方案，在本发明提供的振动液化模型试验装置中，所述驱动电机连接有变频控制器。

10、进一步地，本发明还提供一种如上述所述的振动液化模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：

11、s1：设定振动杆的初始位置、土体传感器设备的位置、砂土深度、初始水位，以及振动频率和振动持时；

12、s2：按预设的砂土深度向缸体中加入水与砂土至土体传感器设备埋设深度，埋设好土体传感器设备并连接至数据采集设备后继续加入水与砂土直至预设的砂土深度；

13、s3：等待缸体内土体固结24h；

14、s4：开启数据采集设备开始记录土体传感器设备的数据；

15、s5：按预设的振动杆振动频率调节驱动电机的转速直至振动杆达到预设频率；

16、s6：完成一组振动液化模拟试验后将振动杆吊起至脱离土体表面；

17、s7：改变振动频率、振动持时、传感器位置等参数进行若干组试验并记录数据。

18、s8：待所有组的振动液化模拟试验完成后，关闭电动机电源开关和数据采集设备的开关。

19、优选地，所述土体传感器设备包括土体孔隙水压力传感器、土压力传感器和加速度传感器。

20、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：本发明提供的振动液化模型试验装置，通过设置缸体，通过设置在所述缸体上的升降装置以及设置在所述升降装置上的振动装置，振动装置包括驱动电机、振动杆，驱动电机驱动振动杆振动，升降装置可控制振动杆在缸体内上下运动，用以调节振动杆在缸体中的高度，从而进行多次试验，调节不同的振动位置，另外，缸体的侧边设有进料门，进料门与所述缸体的连接处设有止水带，防止注水后缸体向外渗水；该试验方法将振源置于砂层中，与现有技术相比该实验装置振动力更加集中，可通过调节不同的振动频率研究中心振动作用对不同埋深砂土液化的影响。

技术特征：

1.一种振动液化模型试验装置，其特征在于，包括缸体(1)，设于所述缸体(1)上的升降装置以及设于所述升降装置上的振动装置，所述振动装置包括驱动电机(4)和振动杆(3)，所述驱动电机(4)驱动所述振动杆(3)振动，所述升降装置带动所述振动杆(3)在所述缸体(1)内上下运动，所述缸体(1)的侧边设有进料门(2)，所述进料门(2)与所述缸体(1)的连接处设有止水带。

2.根据权利要求1所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述振动装置还包括安装组件(6)和振动组件，所述安装组件(6)的顶部设有所述驱动电机(4)，所述安装组件(6)的底部与所述振动组件连接，所述驱动电机(4)的传动轴(32)穿过所述安装组件(6)伸入所述振动组件内以提供振动源。

3.根据权利要求2所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述安装组件(6)包括第一安装架(61)、第二安装架(62)以及连接所述第一安装架(61)和所述第二安装架(62)的支撑杆(63)，所述第一安装架(61)的直径大于所述第二安装架(62)的直径，所述第一安装架(61)上安装有所述驱动电机(4)，所述第一安装架(61)的中心位置处开有以供所述驱动电机(4)的所述传动轴(32)穿过的通孔(64)，所述第二安装架(62)的底部连接有所述振动组件。

4.根据权利要求3所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述振动杆(3)上设有减震件(31)，所述振动杆(3)的顶端与所述第二安装架(62)连接，所述驱动电机(4)的传动轴(32)伸入所述振动杆(3)内。

5.根据权利要求4所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述升降装置包括固定支架(7)和升降支架(5)，所述固定支架(7)架设于所述缸体(1)的顶部，所述升降支架(5)与所述固定支架(7)滑动连接，所述升降支架(5)上安装有所述第一安装架(61)。

6.根据权利要求5所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述升降支架(5)的两外侧设有滑轮，所述固定支架(7)的两内侧设有与所述滑轮相匹配的滑槽(71)，所述升降支架(5)通过所述滑轮在所述滑槽(71)内滑动。

7.根据权利要求5所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述升降装置还包括绞盘(8)，所述绞盘(8)设于所述固定支架(7)上，所述固定支架(7)的顶端设有定滑轮(82)，所述绞盘(8)通过绕过所述定滑轮(82)的绞绳(81)与所述升降支架(5)连接，所述绞盘(8)转动以带动所述升降支架(5)在所述固定支架(7)内滑动。

8.根据权利要求1所述的振动液化模型试验装置，其特征在于，所述驱动电机(4)连接有变频控制器(9)。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的振动液化模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的振动液化模型试验装置的试验方法，其特征在于，所述土体传感器设备包括土体孔隙水压力传感器、土压力传感器和加速度传感器。

技术总结
本发明涉及饱和砂土振动液化试验设备技术领域，尤其涉及一种振动液化模型试验装置，其包括缸体，设于缸体上的升降装置以及设于升降装置上的振动装置，振动装置包括驱动电机、振动杆，驱动电机驱动振动杆振动，升降装置可控制振动杆在缸体内上下运动，缸体的侧边设有进料门，进料门与缸体的连接处设有止水带；本发明提供的振动液化模型试验装置，通过控制升降装置带动振动杆在缸体内上下运动，用以调节振动杆在缸体中的高度，调节不同的振动位置，本发明还提供一种振动液化模型试验装置的试验方法，该方法将振源置于砂层中振动力更加集中，可通过调节不同的振动频率研究中心振动作用对不同埋深砂土液化的影响。

技术研发人员：李晓龙,陈永利,肖伟帆,钟燕辉,张蓓,王家祥,李媛媛
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15