土的动力特性测试

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它既可用液压随动系统代替大功率的功率放大器,适合于产生大的激振 力,又保留了电磁式激振器易于实现自动控制,且能产生各种振动和 波形的优点,但它要求地基坚固,并会对周围建筑物产生影响。
图3.13是我国QDY系列电液伺服阀的一种形式。在图中永磁产生
的磁通功Φp由上向下,而由控制线圈电流产生的磁通Φc在磁隙b、 c处与Φp同向,在磁隙a、d处与Φp反向,这就使得衔铁作一逆时针
角位移,使在喷嘴档板处的右间隙减小,而左间隙增大,引起油压 P2>P1,推动滑阀左移,同时带动钢球、反馈杆、衔铁组件顺时针 转动,直至档板、衔铁组件上的诸力达到平衡为止。若电流方向改
变,则上述运动过程相反,滑阀往复运动使负载也作循环变化,从
而将动力作用也施加到试件上。
(4)气动式激振 气动式激振是利用向活塞筒的上下两腔轮换地供人和排出压缩 空气的方法,使活塞杆作往复运动,达到激振的目的。轮换地供、 排压缩空气的工作由四通换向阀完成(如图3.14所示)。 随着阀芯的转动,活塞杆即作往复运动。 运动的频率由阀芯的转速控制。 激振力的大小由压缩空气的气压控制。 这种激振方式操作简便,设备简单,但仅适合在低频下工作。 它的连通管路应尽量做到粗、短、直、硬,避免气路不畅和因局部 弯曲和膨胀造成气压的损失。但是,如图3.14(a)所示的换向阀只 能产生近似方波的波形,经原陕西机械学院(现改名为西安理工大 学)改进后,变成如图3.14(b)所示的样子,即可以产生非常近似正 弦波的波形。
De Alba采用了大面积、薄厚度的试样。试验发现:当试样的长高比大 于10时,即可在试样中出现不受边界影响的自由场。
如果在试样顶面上安置钢架(内填与砂粒大体相同的钢球)或钢板,则 通过它们的惯性作用,可使试样受到动剪应力的激振作用。如果在试样 上再加上盖罩,通入气压,还可以模拟覆盖压力的作用。利用这种大型 振动台系统,De Alba的试验得出了与现场测定颇为一致的结果,从而为 正确应用室内试验的成果和了解液化的发展情况都作了很好的剖析。
水条件。 1)土性条件 土性条件主要是模拟所研究土实际的粒度、湿度、密度
和结构。 2) 静力条件 静力条件主要是模拟土在动力作用起始时的应力状态。 3) 动力条件 动力条件主要是模拟动力作用的波形、方向、频幅和持
续时间。(seed地震波简化方法) 4) 排水条件 排水条件主要是模拟土的不同排水边界对动荷载作用下
②离心式激振 偏它心传离块到心在地式作基激反的振向振也运动称动力偏时小心产,块生对式的地激离基振心要,力求如来不图激高3.振7,(。输a激)出振所波力示形的,也大它较小靠好可两以组 通过改变偏心块质量m、偏心距r或旋转速度ω来调节。
③冲击式激振 冲击式激振以落体碰撞原理为基础。单次冲击时,一般采用 自由落体式和摆式,多次冲击时常采用凸轮式(如图3. 8所示)。 它结构简单制作和使用方便,但波形、冲击持续时间和加速度幅 值不易控制。
(1)机械式激振 机械式激振有偏心式、离心式和冲击式。 ①偏心式激振 偏心式激振也称偏心轮式激振。当偏心轮中心O1,绕着转轴 中心O点转动时,振动台面就发生上下往复运动(如图3.5所示)。 为了调节偏心距,常采用双偏心轮装置(如图3.6所示)
通过改变偏心距来调节所需要的振幅, 通过改变中心轴O的转速来调节振动台的频率 振动台的振幅不随频率而变化。 优:这种振动方式能运行在低频和大位移下,结构简单可靠 缺:只能产生正弦波,振动波形差,不易自动控制
由于对静、动应力施加条件上的差别,最简单的成样系统有 一维应力和变形条件的振动圆筒仪。
它是一个刚性圆筒,其中装满了一定湿密状态的试样后,即 可放在振动台上,对其施加振动,或给予一定的冲击荷载进行试 验,测定试验孔压和变形的发展。
它简单直观,但应力状态较难控制,只能在较低压力下反映 浅层砂的动变形或液化特性,不能直接测定土的动强度指标。
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2)施加静荷载 施加静荷载就是在试样的侧向和轴向按照要求控制的固
结应力状态施加侧向压力和轴向压力。 3) 施加动荷载 施加动荷载要在试样完全固结后进行。 4) 测算动应力、动孔压、动应变的时程变化 动应力、动孔压、动应变的时程比阿奴啊是实验的基本
成果。
3.动三轴实验的成果整理
土的动力特性一般是指土在一定的粒度、密度、结构和静 力与排水条件下,经受某动应力作用时发展动孔压、动变形和 动强度的特性规律和河里表征它们的特性参数,那么上述任何 一个条件的变化均会导致动孔压、动变形和动强度在量上甚至 在质上发生变化,因此它是一个复杂的问题。
3.2.2 土动力特性测试的激振系统
激振系统是一种对试样产生动荷载的系统。
根据它的工作特点,可分为振动台和激振器两类。 ①振动台:将试件置于振动台的台面上,由振动台提供一定频率 和振幅或加速度的振动; ②激振器:将激振器装在试件上,由激振器产生一定频率和大小 的振动力,使试件产生强迫振动。
激振主要分为机械式、电磁式、电动一液压式和气动式。
动三轴试验
轴对称应力条件下的动扭剪三轴仪系统得到了较好的应用(如 图3.2所示)。
它可以在圆柱状试 样的顶面上施加往返作 用的扭矩,原则上实现 了纯剪条件。
在将它的柱状试样改为管状试样后,还可控制施加的动剪应力和管内外 的侧压力,使试样内的剪应力比较均匀。在将内外等高的管状试样改 为不等高,使试样的外高h1和内高h2之比等于试样外径r1和内径r2之 比之后,则它更能使试样内各点的剪应变相等,得到均匀剪应力
向上作用的电磁力,使工作
台面向上运动。因此,当动
圈中通以交变电流时,工作
台面将做上下往复运动。
电磁式激振因其使用频率范围宽,输出的振动波好操作和使用方便,容 易实现自动控制,故在土动力学测试中应用最广。
(3)电动-液压式激振 电动-液压式激振是利用小型电磁式激振器来推动液压随动系统, 使液压再往复作用到液压伺服阀上,引起台面的振动(如下图所示)。
直接式
按物理过程
发电式 电参数式
①发电式传感器
发电式传感器输入的是机械振动量,输出的是电量。
②电参数式传感器
电参数式传感器输入的也是机械振动量,输出的测试 电学参数。
2.放大器
放大器在传感器与记录器之间起着承上启下的作用。只 有通过它将传感器输出的电信号放大,才能推动指示仪器或记 录器工作。
3.记录器
第三章 土的动力特性测试
3.1 概述
认识一种介质、揭示它本质特性的最有效和最根本的方法是对它 进行全面的试验测试,试验测试是土动力学发展的基础。对于土 在动荷载作用下变形强度发展的规律以及表征这些特性的基本指 标,都必须通过室内和现场的动力测试来获取。 土动力特性的试验要求根据一定的试验方案,先在一定的试样容 器中制备土的试样,使其处于要求的密度、湿度、结构和静力状 态;然后施加一定形式和不同强度的动荷载,量测出此动荷载作 用下土样上实际作用的动应力时程、对应的动应变时程和动孔压 时程;最后,根据这三类基本的时程曲线及其对应的关系来研究 土性和有关指标的变化规律,做出定性和定量的判断。
利用动扭剪三轴仪系统可在封闭条件下进行试验(体积不变), 它没有侧向摩擦的影响,能够较好地模拟现场较为复杂的应力条 件,因而它是一种较好的试样容器形式。但它同样因试样制备上 的困难,上下左右不易密封,仍需要作出进一步的改进。
利用大型振动台系统进行土动力特性的研究也是一种较好的方法。它 是在振动台上安置一个尺寸较大的砂箱或砂槽,观测土受到振动后表现 出来的动力性状。如果采取适当方法将砂箱倾斜地固定在振动台的台面 上,则也可研究不同倾角β的影响。
3.2.3 土动力特性测试的量测系统
量测系统的任务是测定振动力作用时土试件上实际的动应 力时程和土所产生的动应变时程以及动孔压时程。
传感器
放大器
记录器
电测基本系统
1.传感器
把非电量转换成为电量的器件,它的工作包括把被振动 转变成传感元件运动的力学过程和把运动量再转化成电量的物 理过程。
惯性式 按力学过程分
动孔压和动变形发展的实际影响。
2.动三轴实验的实验方法
土动力特性的实验要根据一定的实验方案,先在一定的式 样容器中制备土的试样,使其处于要求的密度、湿度、结构和 应力状态;然后施加一定形式和不同强度的动荷载,量测出在 此动荷载作用下土式样上实际作用的动应力时程曲线和对应的 动应变时程曲线与动孔压时程曲线。可见,制备试样,施加静 力荷载,施加动荷载和测试动应力、动孔压、动应变的时程变 化是动三轴实验的几个重要环节。
常用的土动力特性室内实验方法有动三轴实验和共振柱 实验。
3.3.1 动三轴实验
常规的动三轴实验可以得到一定密度和结构状态的饱和 式样,在均压固结、轴向激振、不排水条件下动应力的时程 曲线、动应变的时程曲线和动孔压的时程曲线等三条时程曲 线。
1.动三轴实验的控制条件
动三轴实验的控制条件主要指土性条件、动力条件和排
制定方案 成样 激振 量测
成果整理
成样系统

激振系统
备 系

量测系统
3.2 土动力特性室内测试的设备系统
3.2.1 土动力特性测试的成样系统
土动力特性测试的成样系统,其作用在于形成一个满足试验要求 条件(湿度、密度、结构、应力等初始状态)并具有代表性的试样。 成样系统需满足的要求包括: ①便于装样; ②便于饱和及控制密度与荷载; ③便于应变和孔压的量测; ④尽量消除各种边界有害影响。 成样系统应包括的分项系统: ①成样容器;②向试样供水、排水;③荷载施加传递。
记录器可以采用阴波射线示波器加照相,或采用光线示 波器、磁带记录仪和笔式记录仪。
4.现代测试系统
现代测试系统是一种计算机辅助测试系统(CAT系统)。
3.2.4 土动力特性测试的设备与装置
如果根据实验研究的需要,将不同的成样系统、激振系统 和量测系统进行组合搭配,即可得到不同的动力实验装置。
3.3 土动力特性的室内实验方法
增构或长应应1衰等)在的变力从减于同滞动动。从 当单使侧相后孔应孔 出调动向位于压力压 现增孔固变应的 非的作加压结化力波 弹发用的逐压的,动性展 过残渐力特并变变余规程上。点出化形孔律中升,现来之压,,反凹看后来试动映槽,,看样孔出,它同,中土反压在相土发在映是波位由展该土既动变于的段的初化波受最为剪期的动到大弹胀会 特变振动性剪显 性动化孔变缩示 被而,压行特出 打引可又为行于 破起以单主。动 ,的小调,结于
后来发展的动直剪仪系统,其成样系统类似普通直剪试验的容器 在容器内装满一定湿密状态的试样后,即可放在振动台上,施加 要求的静荷载,然后,在交变的垂直荷载或剪切荷载单独或同时作用 下,来测定土在竖向和水平向的动变形,研究动变形与动抗剪强度。
它存在侧压不好控制和试验不好完全封闭,应变不均匀,剪 切面不一定湿软弱面等缺点
(2)电磁式激振
电磁式激振是根据恒定磁场内的带电导左体图会为受电到磁一式定振电动磁台力的
作用产生运动的原因制成的。
典型结构。磁场为环形磁隙,
磁力线 方向由右手定则确
定;导体为圆形线圈形状,
称为动圈。动圈置于磁隙时,
wenku.baidu.com由左手定则可知,动圈将受
向下作用的电磁力,使工作
台面向下运动。如改变电流
通过动圈的方向,动圈即受
1)试样制备 试样制备是实验研究中一个关键性的环节,它必须解决
好试样的成型、密度、饱和度和均匀性问题。 (1) 试样的成型应满足实验仪器的要求。 (2) 为使试样达到预定的密度,常用在一定试样体积 内装入相应干砂重的方法来控制,也可先将饱和处理过 的砂按一定的方法装满样模。
(3) 试样的饱和度对实验结果影响很大。 (4) 试样的均匀性包块粒度、密度和结构各方面的均 匀性,它对孔压的发展影响很大。 (5) 试样周围橡皮膜嵌入的情况会对实验成果有影响, 必须重视。
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