一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)公開了一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置，該裝置包括振動臺和模型箱，模型箱的兩個側(cè)面采用可塑性面板，其對稱的位置，各有一條水平軌道，剛性圓管安放在軌道間。剛性圓管引出鋼絲繩，連接動拉力傳感器，引出模型箱，再與動位移傳感器相連，最后連接到正反轉(zhuǎn)的調(diào)速電機。通過振動臺使得模型箱中的飽和砂土達(dá)到液化狀態(tài)，然后由電機驅(qū)動鋼絲繩，再引導(dǎo)剛性圓管，使其在軌道上作水平運動，測量其運動的速度和所受到的水平拉力，由此計算液化砂土的表觀黏度。本裝置具有效率高、邊界效應(yīng)小等優(yōu)點。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于巖土地震工程
，特別涉及一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置。
技術(shù)介紹
地震是人類面臨的主要自然災(zāi)害之一，在地震災(zāi)害中，由于砂土液化而造成的工程危害正越來越引起人們的關(guān)注，這就使得砂土液化的動力特性成為了巖土領(lǐng)域新的研究熱點。飽和砂土的總應(yīng)力由有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩部分組成，在一般情況下，地基的荷載主要由總應(yīng)力中的有效應(yīng)力來承擔(dān)，然而，當(dāng)發(fā)生地震時，飽和砂土中的孔隙水壓力在地震動荷載的作用下會不斷上升，而在總應(yīng)力大小不變的前提下，有效應(yīng)力就會不斷減小，直到有效應(yīng)力為零的時候，砂土的總應(yīng)力完全由孔隙水壓力組成，土骨架喪失了承載力，土顆粒就像“懸浮在水中” 一樣，此時的狀態(tài)就被稱為砂土完全液化狀態(tài)，這種現(xiàn)象就是飽和砂土 液化現(xiàn)象。在液化砂土的變形分析中，表觀黏度是重要的參數(shù)，它是表示流體內(nèi)摩擦的物理量，是一層流體對另一層流體作相對運動的阻力，定義為剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率的比值。本技術(shù)之前，一般流體的表觀黏度測量常采用黏度計，包括旋轉(zhuǎn)黏度計、毛細(xì)管黏度計和落球黏度計等。旋轉(zhuǎn)黏度計的原理是使流體在狹縫間產(chǎn)生剪切流動，測量流動過程中的扭矩來計算流體的表觀黏度。毛細(xì)管黏度計是使流體在重力作用下緩慢流過一個標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計，通過測量流體流過黏度計的時間來反映流體的黏度。落球黏度計的原理是，將一鋼球放入盛滿流體的透明量筒，鋼球憑重力下落，測量鋼球在流體中勻速通過時的速度來計算流體的表觀黏度。然而，上述黏度測量裝置均不能有效測量液化砂土的表觀黏度，而且在測量過程中也無法觀察到砂土顆粒的運動狀態(tài)，原因為( I)落球黏度計測量時要求流體保持靜止?fàn)顟B(tài)，而飽和砂土的液化是在動荷載作用下產(chǎn)生的，液化砂土處于運動狀態(tài)，因此傳統(tǒng)的落球黏度計不適用于飽和砂土液化狀態(tài)下的表觀黏度的測量。(2)毛細(xì)管黏度計需要采用細(xì)長的玻璃管，旋轉(zhuǎn)黏度計要求流體在狹縫中剪切流動，而砂土是具有一定粒徑的材料，不能在細(xì)長玻璃管或狹縫中順利流動，因此液化砂土的表觀黏度不適合用毛細(xì)管黏度計和旋轉(zhuǎn)黏度計測量。(3)已有試驗證明，液化砂土的表觀黏度非常高，超出常規(guī)黏度計的測量范圍。(4)液化砂土發(fā)生流動變形時的速率較低，而常規(guī)黏度計測量時流體運動的速率較大，不能合理反映液化砂土流動變形時的特點。(5)過去的飽和砂土液化表觀黏度裝置在測量過程中無法觀測到砂顆粒的運動狀態(tài)。(6)由于砂土液化的孔壓在一個測量截面上并不一定相等，因此采用點接觸測量的孔壓值無法反映一個截面上的情況。專利內(nèi)容本技術(shù)的目的在于克服上述傳統(tǒng)黏度計不適用于測量液化砂土表觀黏度的缺陷，提出了一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置。本技術(shù)采用的技術(shù)方案是一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置，包括振動臺和模型箱，其特征在于模型箱的兩個側(cè)面采用可塑性面板制成，在兩塊可塑性面板上對稱的位置，各開挖出一條水平軌道，將一根與模型箱寬度一致的剛性圓管安放在兩條軌道之間，并在剛性圓管的兩個端面上各安裝一個小滑輪，使得滑輪剛好落在軌道中而剛性圓管也剛好卡在兩塊可塑性面板之間。剛性圓管中間分別對稱的連接兩個動拉力傳感器，動拉力傳感器由鋼絲繩牽引，鋼絲繩通過定滑輪引出模型箱外，再與兩只動位移傳感器相連，然后將兩根引出的鋼絲繩對稱的連接到由正反轉(zhuǎn)的調(diào)速電機控制的一根軸承的兩端；在模型箱中，剛性圓管的中心以及兩側(cè)等高處分別設(shè)置動孔壓傳感器。所述的可塑性面板可采用有機玻璃制成，可塑性面板上的軌道深度要求使得剛性圓管兩端面上的小滑輪剛好可以完全放入軌道中。軌道表面要求打磨光滑，使得小滑輪與軌道之間產(chǎn)生的滑動摩擦力大小可以忽略不計。所述的剛性圓管表面光滑，通常可采用鋼管或有機玻璃實心管。剛性圓管的長度與模型箱寬度一致，確保剛性圓管安裝后，兩端面與兩側(cè)的可塑性面板之間的縫隙中無法進(jìn)入砂土顆粒，在剛性圓管的兩個端面上各安裝一個小滑輪，使得滑輪剛好完全落在軌道中。剛性圓管中間分別對稱的連接兩個動拉力傳感器，動拉力傳感器由鋼絲繩牽引，鋼絲繩通過定滑輪引出模型箱外，定滑輪至少包括兩組對稱布置的滑輪組，每一組滑輪組包括分別固定在軌道兩端等高處的兩只定滑輪，兩只定滑輪間牽引繩與軌道平行。再與兩只動位移傳感器相連，然后將引出的兩根鋼絲繩對稱的連接到由正反轉(zhuǎn)的調(diào)速電機控制的一根軸承的兩端，這樣由正反轉(zhuǎn)的調(diào)速電機驅(qū)動，剛性圓管可以基本無摩擦地在軌道上進(jìn)行水平往復(fù)運動。所述的剛性圓管可選擇一組不同截面直徑的剛性圓管，從而在進(jìn)行表觀黏度測量時達(dá)到不同的剪切速率。所述的可拆卸面板可以插入事先做好的插槽內(nèi)，而且在試驗過程中保證密封和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不至于在試驗過程中有砂土顆粒從插槽縫隙中跑出或者面板在震動過程中失穩(wěn)。所述的軸承由電機帶動，軸承的兩端對稱鏈接由模型箱中引出的兩根鋼絲繩，從而保證在電機帶動軸承轉(zhuǎn)動之后，兩根鋼絲繩可以帶動鋼管兩端同步運動。所述的振動臺激振方向與軌道方向垂直。本技術(shù)能夠?qū)μ幱谡駝右夯癄顟B(tài)的砂土進(jìn)行表觀黏度測試。具體優(yōu)點和效果在于(I)采用了低速電機驅(qū)動，可以使剛性圓管在水平軌道上緩慢運動，使流體產(chǎn)生緩慢剪切，從而接近飽和砂土液化流動時的運動特征。(2)滑輪系統(tǒng)的設(shè)計能夠讓剛性圓管進(jìn)行雙向運動，從而進(jìn)行平行試驗，大大提高試驗效率。(3)采用了振動臺激振的方式使飽和砂土產(chǎn)生液化，避免了現(xiàn)有的常規(guī)黏度計不能用于液化砂土表觀黏度測量的不足。(4)采用剛性圓管作為運動的對象，剛性圓管與周圍砂土密切接觸，而且接觸更加充分，避免了邊界效應(yīng)和局部效應(yīng)的影響。(5)采用的剛性圓管在運動過程中，由于小滑輪只能沿著軌道方向運動，而且剛性圓管的兩個端面在運動中也一直緊貼可塑性面板，從而使得剛性圓管在運動中可以保持平動而不發(fā)生滾動，此外垂直于剛性圓管方向的振動臺激振運動對剛性圓管運動的影響也可以忽略不計。(6)剛性圓管兩 側(cè)設(shè)置的動拉力傳感器，直接測量鋼管受到的拉力，可以避免剛性圓管運動時鋼絲繩與定滑輪之間的摩擦引起的測量誤差。(7)鋼管中心以及兩側(cè)都設(shè)置孔壓力傳感器，可以測量不同位置的孔壓，從而避免不同位置孔壓不同對試驗結(jié)果的影響。(8)采用一根軸承來帶動兩根鋼絲繩運動，可以保證剛性圓管在鋼絲繩牽引下，運動的同步性。(9)對稱的采用兩根鋼絲繩來牽引鋼管運動，可以使得剛性圓管在運動過程中保持平動而不發(fā)生偏移。附圖說明圖I本技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖圖2本技術(shù)模型箱示意圖圖3可拆卸面板與模型箱組裝后的三視圖圖4模型箱內(nèi)定滑輪和定滑輪保護(hù)盒的三視圖5模型箱內(nèi)兩側(cè)面板上的定滑輪和定滑輪保護(hù)盒位置示意圖圖中1、正反轉(zhuǎn)的調(diào)速電機，2、動位移傳感器，3、支架，4、定滑輪，5、軸承，6、砂土，7、剛性圓管，8、鋼絲繩，9、定滑輪保護(hù)盒，10、動孔壓傳感器，11、動拉力傳感器，12、可塑性面板軌道，13、固定在振動臺上的模型箱，14、振動臺，15、剛性圓管兩端面的小滑輪，16、可拆卸面板，17、可塑性面板，18、角形構(gòu)件，19、螺母。以下結(jié)合附圖對本裝置的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。本技術(shù)的保護(hù)范圍并不以具體實施方式為限，而是由權(quán)利要求加以限定。具體實施方式如圖I、圖2所示，一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置，包括振動臺(14)和固定在振動臺上的模型箱(13)，還包括低速可調(diào)電機(I)、動位移傳感器(2)、定滑輪(4)、軸承本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種測試液化后砂土表觀黏度的試驗裝置，包括振動臺和固定在振動臺上的模型箱，其特征在于：模型箱的兩個側(cè)面采用可塑性面板制成，在兩塊面板上對稱的位置，各開挖出一條水平軌道，將一根與模型箱寬度一致的剛性圓管安放在兩條軌道之間，并在剛性圓管的兩個端面上各安裝一個小滑輪，使得滑輪剛好安放在軌道中，而剛性圓管也剛好卡在兩塊可塑性面板之間，剛性圓管中間都對稱地引出兩根鋼絲繩，每根鋼絲繩各連接一個動拉力傳感器，然后通過定滑輪引出模型箱，再與動位移傳感器相連，最后連接到由正反轉(zhuǎn)的調(diào)速電機控制的軸承一端；在模型箱中剛性圓管的中心以及兩側(cè)等高處分別設(shè)置動孔壓傳感器。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳育民，周葛，吳海清，薛珊珊，
申請(專利權(quán))人：河海大學(xué)，
類型：實用新型
國別省市：