本發(fā)明屬于巖土工程研究領(lǐng)域，尤其涉及一種顆粒間細觀流場觀測的振動液化發(fā)生裝置及試驗方法。

背景技術(shù)：

飽和松散砂土地基在地震荷載作用下會發(fā)生液化，宏觀上表現(xiàn)為土體中孔隙水壓力上升，同時土體固相的有效接觸應(yīng)力為零，這時土體性質(zhì)類似于流體并喪失抗剪強度。地震液化造成以下危害：例如房屋傾斜、地基沉降、地鐵隧道上浮、道路路基滑移等。目前對于液化時顆粒間細觀流場的研究還不夠，雖然可以考慮采用激光粒子測速照相（PIV）技術(shù)觀測液化時顆粒間的流場，但因為觀測區(qū)域比較小，觀測時對液化容器的整體振動控制有較高要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種通過在液化容器外產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動石英玻璃試樣容器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁鐵條產(chǎn)生液化，從而有效降低了石英玻璃試樣容器的振動，有利于顆粒間細觀流場的測速拍照的顆粒間細觀流場觀測的振動液化發(fā)生裝置及試驗方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種顆粒間細觀流場觀測的磁力振動液化發(fā)生裝置，包括石英玻璃試樣容器、圍壓施加機構(gòu)、水壓監(jiān)測系統(tǒng)、磁力振動系統(tǒng),所述石英玻璃試樣容器內(nèi)放置石英玻璃球和鹽水試樣；所述圍壓施加機構(gòu)用橡膠膜隔離成兩個腔室，其中一個腔室與石英玻璃試樣容器相連，另一個腔室與水槽連接并將水壓力通過橡膠膜傳遞給石英玻璃試樣容器；所述水壓力監(jiān)測系統(tǒng)包括兩個微型孔隙水壓力計，其中一個微型孔隙水壓力計放置在石英玻璃試樣容器的試樣中，測試石英玻璃試樣容器內(nèi)的孔隙水壓力，另一個微型孔隙水壓力計放置在連接水槽與腔室的管道內(nèi)，測試水槽傳遞至橡膠膜上的水壓力；磁力振動系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)磁鐵條、驅(qū)動磁鐵條和電動機，旋轉(zhuǎn)磁鐵條放置在石英玻璃試樣容器內(nèi)，驅(qū)動磁鐵條由電動機帶動旋轉(zhuǎn)并放置在石英玻璃試樣容器底面外部，驅(qū)動磁鐵條產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動旋轉(zhuǎn)磁鐵條，使石英玻璃試樣容器內(nèi)的試樣發(fā)生振動液化。

優(yōu)選地，所述石英玻璃試樣容器圓柱管、可拆卸安裝在圓柱管頂部的第一圓形蓋子和可拆卸安裝在圓柱管底部的第二圓形蓋子，其中第一圓形蓋子上有兩個空心圓柱接口。

優(yōu)選地，兩個空心圓柱接口分別為第一圓柱接口和第二圓柱接口，所述第一圓柱接口與圍壓施加機構(gòu)連接，所述第二圓柱接口是石英玻璃容器中的微型孔隙水壓力計的電線與數(shù)據(jù)源采集器的連接通道。

優(yōu)選地，兩個腔室分別為第一腔室和第二腔室，所述第一腔室與石英玻璃試樣容器相連，所述第二腔室與水槽連接并將水壓力通過橡膠膜傳遞給石英玻璃試樣容器。

優(yōu)選地，所述圓柱管、第一圓形蓋子和第二圓形蓋子均由石英玻璃制成，所述圓柱管的外徑38mm、壁厚3mm、高76mm，所述第一圓形蓋子和第二圓形蓋子的直徑均為38mm，第一圓形蓋子的厚度為4mm，第二圓形蓋子的厚度為2mm。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵條的直徑為6mm，旋轉(zhuǎn)磁鐵條的長為10mm。

優(yōu)選地，所述第一圓柱接口和第二圓柱接口的內(nèi)徑為1mm，壁厚為1mm，高為20mm，第一圓柱接口和第二圓柱接口離第一圓形蓋子邊緣的最小距離為3mm；所述的石英玻璃球的平均粒徑為1mm，鹽水的濃度為26%，石英玻璃試樣容器、石英玻璃球和鹽水的折射率相同。

優(yōu)選地，兩個微型孔隙水壓力計分別為第一微型孔隙水壓力計和第二微型孔隙水壓力計，所述第一微型孔隙水壓力計放置在石英玻璃試樣容器開口30mm處，第一微型孔隙水壓力與離石英玻璃試樣容器的外壁距離也為30mm，所述第二微型孔隙水壓力計放置在連接水槽與第二腔室的管道內(nèi)，并與第一微型孔隙水壓力計在同一水平面上。

優(yōu)選地，所述圍壓施加機構(gòu)與石英玻璃試樣容器和水槽都用軟管連接，所述橡膠膜放置在圍壓施加機構(gòu)的中間處。

一種顆粒間細觀流場觀測的振動液化發(fā)生裝置的試驗方法，包括下述步驟：

步驟1：將石英玻璃和鹽水試樣灌入石英玻璃試樣容器內(nèi)；

步驟2：在石英玻璃試樣容器內(nèi)放置第一微型孔隙水壓力計和旋轉(zhuǎn)磁鐵條；

步驟3：在石英玻璃試樣容器的石英玻璃球和鹽水試樣表層均勻地倒入示蹤粒子，然后給石英玻璃試樣容器蓋上帶有圓柱接口的圓形蓋子，第一微型孔隙水壓力計的電線從圓形蓋子上的圓柱接口中穿出來，與數(shù)據(jù)采集器連接；然后用加熱法將石英玻璃試樣容器內(nèi)試樣間的氣體從有第一圓柱接口和第二圓柱接口排出；

步驟4：在連接水槽和第二腔室的管道中放入第二微型孔隙水壓力計；

步驟5：將壓力隔離機構(gòu)內(nèi)的第二腔室與水槽和石英玻璃試樣容器連接，并在水槽里注滿水，然后電機帶動驅(qū)動磁鐵條產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，此旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動旋轉(zhuǎn)磁鐵條引發(fā)石英玻璃試樣容器內(nèi)的石英玻璃球和鹽水振動；

步驟6：當(dāng)兩個微型孔隙水壓力計的動壓力值相等時，則石英玻璃試樣容器中的石英玻璃球和鹽水試樣發(fā)生液化。

第二圓柱接口還可以是石英玻璃試樣內(nèi)試樣間的氣體排放口。

本發(fā)明的有益效果是通過在液化容器外產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動石英玻璃試樣容器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁鐵條產(chǎn)生液化，從而有效降低石英玻璃容器的振動，方便顆粒間細觀流場的激光粒子測速拍照觀測，且裝置透明可視化，可觀測顆粒的液化過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的圓柱管示意圖；

圖3為本發(fā)明的第一圓形蓋子示意圖；

圖4為本發(fā)明的第二圓形蓋子俯視圖；

圖中1.圓柱管、2.第二圓形蓋子、3.第一圓形蓋子、4.第一圓柱接口、5.第二圓柱接口、6.旋轉(zhuǎn)磁鐵條、7.電動機、8.第一微型孔隙水壓力計、9.圍壓施加機構(gòu)、10.橡膠膜、11.第一腔室、12.第二腔室、13.第二微型孔隙水壓力計、14.水槽、15.驅(qū)動磁鐵條。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)新特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。

如圖1-4所示，顆粒間細觀流場觀測的振動液化發(fā)生裝置，包括石英玻璃容器、圍壓施加機構(gòu)、水壓監(jiān)測系統(tǒng)、磁力振動系統(tǒng)。所述石英玻璃試樣容器包括圓柱管1、第二圓形蓋子2、第一圓形蓋子3。圓柱管1裝滿石英玻璃球和鹽水試樣；圍壓施加機構(gòu)9內(nèi)有第一腔室11和第二腔室12，兩個腔室用橡膠膜10隔離，其中第一腔室11與石英玻璃試樣容器相連，第二腔室12與水槽14相連。所述水壓監(jiān)測系統(tǒng)包括第一微型孔隙水壓力計8和第二微型孔隙水壓力計13，第一微型孔隙水壓力計8放置在石英玻璃試樣容器內(nèi)的試樣之中，測試石英玻璃試樣容器內(nèi)的石英玻璃球間的孔隙水壓力，第二微型孔隙水壓力計13放置在連接水槽14和第二腔室12的管道內(nèi)，測得第二腔室12內(nèi)的總水壓力值，將所測得孔隙水壓力與第二腔室12內(nèi)的總水壓值進行比較，判斷石英玻璃試樣內(nèi)的試樣是否達到液化條件。第一微型孔隙水壓力計8的電線從石英試樣容器的有接口蓋子3上的第一接口4穿出去。磁力振動系統(tǒng)包括驅(qū)動磁鐵條15，旋轉(zhuǎn)磁鐵條6和電動機7，旋轉(zhuǎn)磁鐵條6放置在石英玻璃試樣容器內(nèi)，電動機7帶動驅(qū)動磁鐵條15轉(zhuǎn)動形成旋轉(zhuǎn)磁場，從而帶動旋轉(zhuǎn)磁鐵條6振動，給石英玻璃試樣容器內(nèi)的石英玻璃球和鹽水試樣提供磁力振動力。

本發(fā)明顆粒間細觀流場觀測的磁力振動液化發(fā)生裝置的工作過程如下：

步驟1：在石英玻玻璃試樣容器內(nèi)放入石英玻璃球和鹽水試樣；具體步驟如下：用玻璃膠將圓柱管1與第二圓形蓋子2連接，然后用勺子將石英玻璃球放入圓柱管1內(nèi)并分層鋪滿。用量筒量一定量的鹽水，將鹽水慢慢倒入裝滿石英玻璃球的石英玻璃試樣容器中，直至鹽水和石英玻璃球混合物與石英玻璃試樣容器的最上邊沿口平行。

步驟2：在石英玻璃試樣容器內(nèi)放置第一微型孔隙水壓力計8和旋轉(zhuǎn)磁鐵條6；具體步驟如下：用量尺丈量石英玻璃試樣容器，并在離石英玻璃試樣容器開口15mm和30mm處用筆各劃一道線，當(dāng)石英玻璃球試樣放置到第一道劃線處時，將旋轉(zhuǎn)磁鐵條6放置在石英玻璃試樣容器內(nèi)的中間處；當(dāng)石英玻璃球試樣放置到第二道劃線處時，用量尺在石英玻璃試樣容器的開口處與開口平行的方向丈量30mm，然后將第一微型孔隙壓力計8放置在離石英玻璃試樣容器開口30mm、離外壁30mm處的石英玻璃球試樣中，然后繼續(xù)放置石英玻璃球試樣。

步驟3：在石英玻璃試樣容器的石英玻璃球和鹽水試樣表層均勻地倒入示蹤粒子，然后給石英玻璃試樣容器蓋上第一圓形蓋子3，第一微型孔隙水壓力計8的電線從第一圓形蓋子上的第一圓柱接口4中穿出來，與數(shù)據(jù)采集器連接；然后用加熱法將石英玻璃試樣容器內(nèi)試樣間的氣體從有第一圓柱接口4和第二圓柱接口5排出。

步驟4：放置第二微型孔隙水壓力計13；具體步驟如下：在連接水槽14和第二腔室12的管道內(nèi)放置第二微型孔隙水壓力計13，使第二微型孔隙水壓力計13與第一微型孔隙水壓力計8在同一水平面處。

步驟5：將第二腔室12與水槽14連接，將第一腔室11與第二圓柱接口5連接，并在水槽14內(nèi)注滿水，然后設(shè)定電動機7的轉(zhuǎn)速，電動機7帶動驅(qū)動磁鐵條15轉(zhuǎn)動形成旋轉(zhuǎn)磁場，從而帶動旋轉(zhuǎn)磁鐵條6振動，給石英玻璃試樣容器內(nèi)的石英玻璃球和鹽水試樣提供磁力振動力。

步驟6：當(dāng)兩個微型孔隙水壓力計的動壓力值相等時，則石英玻璃試樣容器中的石英玻璃球和鹽水試樣發(fā)生液化。

本發(fā)明中驅(qū)動磁鐵條與石英玻璃試樣容器底面不接觸。

圍壓施加機構(gòu)為一壓力隔離機構(gòu)。