本發(fā)明涉及地質(zhì)工程、巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沖擊液化試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

黃土滑坡沖擊下墊層飽和砂土的液化響應(yīng)機(jī)理(下墊層系滑坡運(yùn)動(dòng)路徑上的易侵蝕基層)：不同體積的滑坡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)形成不同的沖擊壓力，在不同的沖擊壓力作用下，飽和砂土?xí)纬刹煌某紫端畨毫?，?dāng)單位滑動(dòng)面上的超孔隙水壓力與滑坡壓力相等時(shí)，說(shuō)明飽和砂土發(fā)生了液化(即使沖擊壓力較小，飽和砂土不液化，但也會(huì)有超孔隙水壓力產(chǎn)生，滑坡的滑動(dòng)摩擦阻力也會(huì)降低)。因此，通過(guò)該試驗(yàn)設(shè)備可以確定黃土滑坡沖擊壓力與下墊層飽和砂土超孔隙水壓力關(guān)系，這樣就可以判斷在多大的滑坡體積(方量)作用下，滑坡下墊層飽和砂土?xí)l(fā)生液化。然而，當(dāng)沖擊壓力繼續(xù)增大，飽和砂土并不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步液化，因此，該試驗(yàn)方法也可解釋為什么有些滑坡體積很大但并不會(huì)形成更遠(yuǎn)的滑動(dòng)距離，而有些小體積滑坡滑動(dòng)距離很遠(yuǎn)。

黃土滑坡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)對(duì)下墊層飽和砂土造成沖擊，在強(qiáng)烈的沖擊力作用下飽和砂土瞬時(shí)液化，滑坡運(yùn)動(dòng)能力有效提升，致災(zāi)范圍擴(kuò)大，從而造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。在我國(guó)，由于下墊層飽和砂土受黃土滑坡沖擊液化從而導(dǎo)致黃土滑坡形成高速遠(yuǎn)程特征并造成人員傷亡的案例已十分常見(jiàn)，但對(duì)于該類型黃土滑坡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于沖擊液化作用導(dǎo)致滑坡運(yùn)動(dòng)能力提升的力學(xué)原理研究并不多見(jiàn)。

目前大多數(shù)黃土滑坡滑帶土液化問(wèn)題研究是在振動(dòng)荷載或大剪切位移條件下完成的，很少考慮飽和下墊層在滑坡沖擊力作用下的液化響應(yīng)。而本專利提出的沖擊設(shè)備及試驗(yàn)方法能夠較好的解釋沖擊液化作用下黃土滑坡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的力學(xué)機(jī)理，為豐富黃土滑坡動(dòng)力學(xué)理論和黃土滑坡致災(zāi)范圍預(yù)測(cè)提供理論借鑒。

目前已有的砂土液化問(wèn)題研究多是在不排水條件下通過(guò)大剪切位移或振動(dòng)荷載完成的。在這種方法下，飽和砂土由于不排水，大剪切位移或振動(dòng)荷載都會(huì)使砂土結(jié)構(gòu)重新排列，飽和砂土中超孔隙水壓力逐漸積累(有一個(gè)時(shí)間過(guò)程)，從而發(fā)生砂土液化。因此，研究排水條件下的飽和砂土沖擊液化響應(yīng)機(jī)制，可為研究沖擊液化作用下黃土滑坡的運(yùn)動(dòng)機(jī)理提供力學(xué)理論基礎(chǔ)，具有一定的理論創(chuàng)新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單沖擊液化試驗(yàn)設(shè)備。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

一種沖擊液化試驗(yàn)設(shè)備，包括沖擊裝置及控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

沖擊裝置，包括套筒、制樣沖擊筒、底座、制樣環(huán)、鋼架和卷?yè)P(yáng)機(jī)，套筒透明、中空，筒壁有刻度，筒壁底部有螺口，通過(guò)螺栓與底座凸起部相連接；套筒側(cè)壁有兩排對(duì)稱預(yù)留孔和排氣槽；制樣沖擊筒單側(cè)開口，開口處有筒檐，底板通過(guò)螺紋固定鋼管，鋼管上套有配重塊，通過(guò)卡扣固定在鋼管上，在制樣過(guò)程中，套筒底部墊有壓力板，壓力板直徑與套筒內(nèi)徑相同，上表面有拉繩；底座上表面有密封圈，密封圈有中縫，中縫直徑寬度均與套筒相同；在制樣過(guò)程中，制樣環(huán)套接在制樣沖擊筒外部，并處于制樣沖擊筒檐與套筒上檐之間；鋼架主體為鋼管與工字鋼梁，鋼管上套有減震支架，減震支架加持套筒，鋼架通過(guò)膨脹螺絲將鋼管底座固定在地面，工字鋼上有滑輪，在制樣過(guò)程中，通過(guò)千斤頂為制樣沖擊筒施加反力；

控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊，其中控制模塊連接沖擊試驗(yàn)裝置的制樣沖擊筒，其包括計(jì)算機(jī)和觸發(fā)電路，通過(guò)計(jì)算機(jī)將信號(hào)傳輸至觸發(fā)電路，通過(guò)觸發(fā)電路控制卷?yè)P(yáng)機(jī)從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整制樣沖擊筒的沖擊落距與制樣沖擊筒的啟動(dòng)；監(jiān)測(cè)模塊，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊和影像監(jiān)測(cè)模塊，其中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊包括總壓力傳感器和孔隙水壓力傳感器，總壓力傳感器與孔隙水壓力傳感器分別連接數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)A/D板連接計(jì)算機(jī)，將采集到的信息轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后傳送回計(jì)算機(jī)；影像監(jiān)測(cè)模塊包括與計(jì)算機(jī)連接的高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)沖擊試驗(yàn)過(guò)程。

進(jìn)一步的，所述套筒預(yù)留孔的孔徑與傳感器、水箱排水管及刻度玻璃管直徑相同，在制樣過(guò)程中使用橡膠塞封口，在飽和試驗(yàn)過(guò)程中最底部?jī)商帉?duì)稱預(yù)留孔分別連接水箱和刻度玻璃管，在沖擊試驗(yàn)過(guò)程中插入傳感器。

進(jìn)一步的，所述制樣沖擊筒材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)有筒檐，筒檐外徑與套筒外徑相同，制樣沖擊筒主體高度與壓力板厚度之和等于套筒套入底座凸起后內(nèi)部高度，在沖擊試驗(yàn)中使用單筒，在制樣過(guò)程中在筒頂蓋上筒帽，在筒底墊有壓力板，并配合制樣環(huán)與千斤頂共同使用。

進(jìn)一步的，多個(gè)所述制樣環(huán)組合，配合千斤頂量程使用，制樣環(huán)寬度由試樣單次固結(jié)厚度決定，設(shè)計(jì)寬度不大于5cm。

進(jìn)一步的，所述總壓力傳感器和孔隙水壓力傳感器交叉安裝在套筒的高、中、低預(yù)留孔位置，各類傳感器數(shù)量不少于5個(gè)。

進(jìn)一步的，所述控制模塊包括卷?yè)P(yáng)機(jī)、觸發(fā)電路和計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)將信號(hào)傳輸至觸發(fā)電路，通過(guò)觸發(fā)電路控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)、升降、停止從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整制樣沖擊筒的落距與沖擊套筒的啟動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括人機(jī)界面，用于控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)、升降、停止，用于實(shí)施監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)和試驗(yàn)影像。

進(jìn)一步的，所述孔隙壓力傳感器探頭外部加裝有網(wǎng)眼銅帽。

進(jìn)一步的，所述壓力板與套筒內(nèi)徑相同，材質(zhì)為不銹鋼，壓力板上表面設(shè)有兩條凹槽，凹槽中固定有帆布拉繩。

一種沖擊液化試驗(yàn)方法，包括如下步驟：(1)使用環(huán)刀在野外取樣點(diǎn)制取砂土試樣，根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程測(cè)得砂土干密度并測(cè)量砂土層厚度，對(duì)不同類型的砂土進(jìn)行篩分處理，烘干保存，以取樣點(diǎn)砂土試樣干密度及土層厚度為計(jì)算依據(jù)，根據(jù)套筒內(nèi)徑和制樣環(huán)寬度計(jì)算得到單層壓制厚度下的砂土體積，并依據(jù)取樣點(diǎn)砂土干密度計(jì)算出單層壓制所需要的干砂質(zhì)量，該公式為：

m_n＝ρ_dv_n＝ρ_dπr²h_n

式中，m_n為制樣時(shí)第n層壓制所需干砂質(zhì)量，ρ_d為天然砂土的干密度，v_n為第n層試樣壓制體積，π為圓周率，r為套筒內(nèi)半徑，h_n為第n層壓制試樣控制厚度，即制樣環(huán)寬度；

(2)在套筒內(nèi)均勻撒入單層壓制所需質(zhì)量的干砂，用刷子將砂面刷平，抓住帆布拉繩將壓力板放入套筒，將制樣環(huán)連接在套筒上部，套在制樣沖擊筒外部，放入制樣沖擊筒，蓋上筒帽，再將千斤頂固定在鋼梁和筒帽之間并逐漸增加反力使得制樣沖擊筒不斷貫入，當(dāng)制樣沖擊筒筒檐與制樣環(huán)緊密貼合時(shí)，保持千斤頂壓力不變，靜置不少于30min使砂土試樣固結(jié)，每完成一層制樣即對(duì)上表面做刨毛處理以使砂土層之間更好接觸，重復(fù)上述步驟直至砂土試樣厚度滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求；

(3)卸掉套筒側(cè)壁最下面兩個(gè)對(duì)稱位置預(yù)留孔的橡膠塞，分別連接水箱接管及玻璃管，將水箱溢水孔高度調(diào)節(jié)與砂土試樣高度一致，使水箱、砂土試樣、玻璃管形成連通器，通過(guò)水源補(bǔ)給緩慢注水，直至玻璃管中水頭高度與砂土試樣高度相同為止，維持水頭平衡狀態(tài)不少于30min使試樣充分飽和，飽和過(guò)程中不卸制樣沖擊筒和千斤頂，確保砂土試樣在飽和過(guò)程中既不受力也不發(fā)生變形；

(4)待飽和結(jié)束后，迅速拔去水箱接管及玻璃管，在套筒兩側(cè)預(yù)留孔中交叉插入總壓力傳感器和孔隙水壓力傳感器，傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接數(shù)據(jù)采集器、A/D板和計(jì)算機(jī)，依次緩慢卸下千斤頂、筒帽、制樣沖擊筒、壓力板，并通過(guò)人機(jī)界面對(duì)傳感數(shù)據(jù)清零；

(5)在制樣沖擊筒中放入不同數(shù)量的配重塊調(diào)整制樣沖擊筒質(zhì)量，通過(guò)人機(jī)界面控制落距，并通過(guò)高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)制樣沖擊筒貫入深度，通過(guò)人機(jī)界面啟動(dòng)制樣沖擊筒自由下落沖擊砂土試樣，待制樣沖擊筒穩(wěn)定后即完成了一次沖擊試驗(yàn)，按照正交試驗(yàn)方法完成多組沖擊試驗(yàn)，記錄荷載質(zhì)量、落距和貫入深度等參數(shù)，建立能量守恒公式，推導(dǎo)得出套筒沖擊力與荷載質(zhì)量、落距、貫入深度的關(guān)系，并根據(jù)制樣沖擊筒面積計(jì)算得出沖擊壓力，相關(guān)公式如下：

推導(dǎo)可得：

帶入壓強(qiáng)公式：

式中，σ_d為沖擊壓力，A為制樣沖擊筒底面積，m為制樣沖擊筒質(zhì)量，g重力加速度取9.8kg/N，h為落距，δ₀為貫入深度，k_g為沖擊力常數(shù)；

(6)通過(guò)人機(jī)界面讀取各埋深位置傳感器探頭數(shù)據(jù)，對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析，根據(jù)各傳感器總壓力峰值或孔隙水壓力峰值與不同量級(jí)沖擊壓力理論值之比計(jì)算折減系數(shù)，擬合得到折減系數(shù)與土體埋深即探頭位置相對(duì)于砂土試樣表面的距離的關(guān)系式，合并得到總壓力或孔隙水壓力與沖擊壓力理論值隨深度變化的關(guān)系，并根據(jù)擬合曲線在x軸上的截距確定沖擊壓力影響范圍，相關(guān)公式如下：

u_n＝η_nσ_d

η_n＝cD+d

σ_n＝(aD+b)σ_d，u_n＝(cD+d)σ_d

式中，n為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔編號(hào)，反映傳感器埋深，σ_n為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔位置總壓力傳感器壓力值，u_n為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔位置孔隙水壓力傳感器壓力值，η_n分別為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔位置總壓力、孔隙水壓的折減系數(shù)，D為傳感器埋深，a、b、c、d分別為擬合參量；

(7)對(duì)不同量級(jí)沖擊壓力作用下各埋深位置傳感器的總壓力峰值和孔隙水壓力峰值數(shù)值進(jìn)行比較，按照有效應(yīng)力原理，分析沖擊作用下液化層厚度和臨界沖擊壓力即造成該層厚度砂土完全液化的最小沖擊壓力，相關(guān)公式為：

σ_n′＝σ_n-u_n

式中，σ_n′第n個(gè)預(yù)留孔位置的有效應(yīng)力，當(dāng)?shù)扔?時(shí)即發(fā)生液化；

對(duì)不同量級(jí)沖擊壓力作用下的有效應(yīng)力與傳感器埋深進(jìn)行擬合，可得到公式：

σ′＝a+be^-D/c

式中，e為自然常數(shù)，a、b、c分別為擬合參量；

按照上式，對(duì)某一量級(jí)沖擊壓力下的有效應(yīng)力隨深度變化曲線進(jìn)行分析，當(dāng)a>0時(shí)，說(shuō)明在這一級(jí)沖擊壓力作用下不足以產(chǎn)生任何厚度的砂土層液化；當(dāng)a＝0、b≠0時(shí)，根據(jù)關(guān)系曲線拐點(diǎn)判別沖擊液化砂土層厚度，如果曲線拐點(diǎn)不明顯，需進(jìn)一步根據(jù)自上而下有效應(yīng)力為0的傳感器位置埋深確定沖擊液化砂土層厚度；當(dāng)a＝0、b＝0時(shí)，曲線與x軸重合，說(shuō)明在這一級(jí)沖擊壓力作用下該厚度砂土層發(fā)生完全液化，對(duì)比造成砂土層完全液化的各量級(jí)沖擊壓力，確定臨界沖擊壓力。

本發(fā)明公開的一種沖擊液化試驗(yàn)設(shè)備及其試驗(yàn)方法，具有以下有益效果：

通過(guò)該試驗(yàn)可以有效測(cè)得不同體積、滑速(可能影響因素還有滑床形態(tài)和坡高等)的黃土滑坡的沖擊壓力與(滑坡)下墊層飽和砂土超孔隙水壓力的關(guān)系，通過(guò)該關(guān)系，我們可以解釋沖擊液化作用下黃土滑坡的動(dòng)力學(xué)原理，同時(shí)也可判斷可能造成下墊層飽和砂土沖擊液化的黃土滑坡體積等條件；同時(shí)也可根據(jù)沖擊壓力與超孔隙水壓力關(guān)系，通過(guò)對(duì)單位面積滑體受力關(guān)系分析，建立沖擊液化作用下黃土滑坡運(yùn)動(dòng)模型，為計(jì)算該類型黃土的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離提供理依據(jù)及計(jì)算參數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1是沖擊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是制樣試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是沖擊試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1-配重塊，2-制樣環(huán)，3-密封圈，4-制樣沖擊筒，5-套筒，6-底座，7-鋼架，8-筒帽，9-千斤頂，10-壓力板，11-橡膠塞，12-玻璃管，13-砂土試樣，14-膨脹螺絲，15-減震支架，16-水箱，17-溢水口，18-水源補(bǔ)給，19-滑輪，20-鋼繩，21-孔隙水壓力傳感器，22-總壓力傳感器，23-數(shù)據(jù)線，24-掛環(huán)，25-鋼管，26-卡扣，27-排氣槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

一種沖擊液化試驗(yàn)設(shè)備，包括沖擊裝置及控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

見(jiàn)圖1-圖3，沖擊裝置，包括套筒5、制樣沖擊筒4、底座6、制樣環(huán)2、鋼架7和卷?yè)P(yáng)機(jī)，套筒5透明、中空，筒壁有刻度，筒壁底部有螺口，通過(guò)螺栓與底座6凸起部相連接；套筒5側(cè)壁有兩排對(duì)稱預(yù)留孔和排氣槽27；制樣沖擊筒4單側(cè)開口，開口處有筒檐，底板通過(guò)螺紋固定鋼管25，鋼管上設(shè)有有配重塊1，通過(guò)卡扣26固定在鋼管25上，卡扣26上設(shè)有孔用來(lái)插入螺釘，卡扣26底部和配重塊1接觸的地方設(shè)有用于減震的橡膠，在制樣過(guò)程中，套筒底部墊有壓力板，壓力板直徑與套筒5內(nèi)徑相同，上表面有拉繩；底座6上表面有密封圈3，密封圈3有中縫，中縫直徑寬度均與套筒5相同；在制樣過(guò)程中，制樣環(huán)2套接在制樣沖擊筒4外部，并處于制樣沖擊筒檐與套筒上檐之間；鋼架7主體為鋼管與工字鋼梁，鋼管上套有減震支架15，減震支架15加持套筒5，鋼架7通過(guò)膨脹螺絲14將鋼管底座固定在地面，工字鋼上有滑輪19，在制樣過(guò)程中，通過(guò)千斤頂9為制樣沖擊筒4施加反力；

控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊，其中控制模塊連接沖擊試驗(yàn)裝置的制樣沖擊筒4，其包括計(jì)算機(jī)和觸發(fā)電路，通過(guò)計(jì)算機(jī)將信號(hào)傳輸至觸發(fā)電路，通過(guò)觸發(fā)電路控制卷?yè)P(yáng)機(jī)從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整制樣沖擊筒的沖擊落距與制樣沖擊筒的啟動(dòng)；監(jiān)測(cè)模塊，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊和影像監(jiān)測(cè)模塊，其中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊包括總壓力傳感器22和孔隙水壓力傳感器21，總壓力傳感器22與孔隙水壓力傳感器21分別連接數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)A/D板連接計(jì)算機(jī)，將采集到的信息轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后傳送回計(jì)算機(jī)；影像監(jiān)測(cè)模塊包括與計(jì)算機(jī)連接的高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)沖擊試驗(yàn)過(guò)程。

作為具體實(shí)施例，所述套筒5為有機(jī)玻璃材質(zhì)，制樣沖擊筒4為不銹鋼材質(zhì)，底座6為不銹鋼材質(zhì)。

作為具體實(shí)施例，所述套筒預(yù)留孔的孔徑與傳感器、水箱排水管及刻度玻璃管12直徑相同，在制樣過(guò)程中使用橡膠塞11封口，在飽和試驗(yàn)過(guò)程中最底部?jī)商帉?duì)稱預(yù)留孔分別連接水箱16和刻度玻璃管12，在沖擊試驗(yàn)過(guò)程中插入傳感器。

作為具體實(shí)施例，制樣沖擊筒4底板加厚。

作為具體實(shí)施例，所述制樣沖擊筒4材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)有筒檐，筒檐外徑與套筒5外徑相同，制樣沖擊筒4主體高度與壓力板厚度之和等于套筒5套入底座凸起后內(nèi)部的高度，在沖擊試驗(yàn)中使用單筒，在制樣過(guò)程中在筒頂蓋上筒帽8，在筒底墊有壓力板，并配合制樣環(huán)2與千斤頂9共同使用。

作為具體實(shí)施例，所述筒帽8的帽型、內(nèi)徑與制樣沖擊筒4外徑相同，材質(zhì)為不銹鋼，頂部有一定厚度。

作為具體實(shí)施例，所述壓力板與套筒5內(nèi)徑相同，材質(zhì)為不銹鋼，具有一定厚度，其上表面有凹槽，凹槽中有帆布拉繩。

作為具體實(shí)施例，多個(gè)所述制樣環(huán)2組合，配合千斤頂9量程使用，制樣環(huán)2寬度由試樣單次固結(jié)厚度決定，設(shè)計(jì)寬度不大于5cm。

作為具體實(shí)施例，所述總壓力傳感器22和孔隙水壓力傳感器21交叉安裝在套筒5的高、中、低預(yù)留孔位置，各類傳感器數(shù)量不少于5個(gè)。

作為具體實(shí)施例，所述控制模塊包括卷?yè)P(yáng)機(jī)、觸發(fā)電路和計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)將信號(hào)傳輸至觸發(fā)電路，通過(guò)觸發(fā)電路控制卷?yè)P(yáng)機(jī)從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整制樣沖擊筒的落距與沖擊套筒的啟動(dòng)。本發(fā)明的鋼管頂部設(shè)有螺紋，通過(guò)螺栓安裝有掛環(huán)，掛環(huán)連接卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)、升降、停止，在安裝配重塊的時(shí)候可直接打開螺栓安裝，方便快捷。

作為具體實(shí)施例，所述影像監(jiān)測(cè)模塊包括毫秒級(jí)高速攝像機(jī)和與其相連的計(jì)算機(jī)。

作為具體實(shí)施例，所述控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括人機(jī)界面，用于控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)、升降、停止，用于實(shí)施監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)和試驗(yàn)影像。

作為具體實(shí)施例，所述孔隙壓力傳感器探頭外部加裝有網(wǎng)眼銅帽，這是與總壓力傳感器不同之處。

實(shí)施例2

本發(fā)明還公開了一種沖擊液化試驗(yàn)方法，包括如下步驟：(1)使用環(huán)刀在野外取樣點(diǎn)制取砂土試樣，根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程測(cè)得砂土干密度并測(cè)量砂土層厚度，對(duì)不同類型(級(jí)配)的砂土進(jìn)行篩分處理，烘干保存，以取樣點(diǎn)砂土試樣干密度及土層厚度為計(jì)算依據(jù)，根據(jù)套筒5內(nèi)徑和制樣環(huán)2寬度計(jì)算得到單層壓制厚度下的砂土體積，并依據(jù)取樣點(diǎn)砂土干密度計(jì)算出單層壓制所需要的干砂質(zhì)量，該公式為：

m_n＝ρ_dv_n＝ρ_dπr²h_n

式中，m_n為制樣時(shí)第n層壓制所需干砂質(zhì)量，ρ_d為天然砂土的干密度，v_n為第n層試樣壓制體積，π為圓周率，r為套筒內(nèi)半徑，h_n為第n層壓制試樣控制厚度，即制樣環(huán)寬度；

(2)在套筒5內(nèi)均勻撒入單層壓制所需質(zhì)量的干砂，用刷子將砂面刷平，抓住帆布拉繩將壓力板放入套筒5，將制樣環(huán)2連接在套筒5上部，套在制樣沖擊筒4外部，放入制樣沖擊筒4，蓋上筒帽8，再將千斤頂9固定在鋼梁和筒帽8之間并逐漸增加反力使得制樣沖擊筒不斷貫入，當(dāng)制樣沖擊筒筒檐與制樣環(huán)2緊密貼合時(shí)，保持千斤頂9壓力不變，靜置不少于30min使砂土試樣13固結(jié)，每完成一層制樣即對(duì)上表面做刨毛處理以使砂土層之間更好接觸，重復(fù)上述步驟直至砂土試樣13厚度滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求；

(3)卸掉套筒側(cè)壁最下面兩個(gè)對(duì)稱位置預(yù)留孔的橡膠塞11，分別連接水箱16接管及玻璃管12，將水箱溢水孔17高度調(diào)節(jié)與砂土試樣13高度一致，使水箱16、砂土試樣13、玻璃管12形成連通器，通過(guò)水源補(bǔ)給18緩慢注水，直至玻璃管12中水頭高度與砂土試樣13高度相同為止，維持水頭平衡狀態(tài)不少于30min使試樣充分飽和，飽和過(guò)程中不卸制樣沖擊筒4和千斤頂9，確保砂土試樣13在飽和過(guò)程中既不受力也不發(fā)生變形；

(4)待飽和結(jié)束后，迅速拔去水箱接管及玻璃管12，在套筒5兩側(cè)預(yù)留孔中交叉插入總壓力傳感器22和孔隙水壓力傳感器21，傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接數(shù)據(jù)采集器、A/D板和計(jì)算機(jī)，依次緩慢卸下千斤頂9、筒帽8、制樣沖擊筒4、壓力板，并通過(guò)人機(jī)界面對(duì)傳感數(shù)據(jù)清零；

(5)在制樣沖擊筒4中放入不同數(shù)量的配重塊1調(diào)整制樣沖擊筒4質(zhì)量，通過(guò)人機(jī)界面控制落距，并通過(guò)高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)制樣沖擊筒4貫入深度，通過(guò)人機(jī)界面啟動(dòng)制樣沖擊筒自由下落沖擊砂土試樣13，待制樣沖擊筒4穩(wěn)定后即完成了一次沖擊試驗(yàn)，按照正交試驗(yàn)方法(質(zhì)量一定，調(diào)整落距，落距一定，調(diào)整質(zhì)量)完成多組沖擊試驗(yàn)，記錄荷載質(zhì)量、落距和貫入深度等參數(shù)，建立能量守恒公式，推導(dǎo)得出套筒沖擊力與荷載質(zhì)量、落距、貫入深度的關(guān)系，并根據(jù)制樣沖擊筒面積計(jì)算得出沖擊壓力，相關(guān)公式如下：

推導(dǎo)可得：

帶入壓強(qiáng)公式：

式中，σ_d為沖擊壓力，A為制樣沖擊筒底面積，m為制樣沖擊筒質(zhì)量，g重力加速度取9.8kg/N，h為落距，δ₀為貫入深度，k_g為沖擊力常數(shù)；

(6)通過(guò)人機(jī)界面讀取各埋深位置傳感器探頭數(shù)據(jù)，對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析，根據(jù)各傳感器總壓力峰值或孔隙水壓力峰值與不同量級(jí)沖擊壓力理論值之比計(jì)算折減系數(shù)，擬合得到折減系數(shù)與土體埋深即探頭位置相對(duì)于砂土試樣表面的距離的關(guān)系式，合并得到總壓力或孔隙水壓力與沖擊壓力理論值隨深度變化的關(guān)系，并根據(jù)擬合曲線在x軸上的截距確定沖擊壓力影響范圍，相關(guān)公式如下：

u_n＝η_nσ_d

η_n＝cD+d

σ_n＝(aD+b)σ_d，u_n＝(cD+d)σ_d

式中，n為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔編號(hào)，反映傳感器埋深，σ_n為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔位置總壓力傳感器壓力值，u_n為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔位置孔隙水壓力傳感器壓力值，η_n分別為自上而下第n個(gè)預(yù)留孔位置總壓力、孔隙水壓的折減系數(shù)，D為傳感器埋深，a、b、c、d分別為擬合參量；

(7)對(duì)不同量級(jí)沖擊壓力作用下各埋深位置傳感器的總壓力峰值和孔隙水壓力峰值數(shù)值進(jìn)行比較，按照有效應(yīng)力原理，分析沖擊作用下液化層厚度和臨界沖擊壓力即造成該層厚度砂土完全液化的最小沖擊壓力，相關(guān)公式為：

σ_n′＝σ_n-u_n

式中，σ_n′第n個(gè)預(yù)留孔位置的有效應(yīng)力，當(dāng)?shù)扔?時(shí)即發(fā)生液化；

對(duì)不同量級(jí)沖擊壓力作用下的有效應(yīng)力與傳感器埋深進(jìn)行擬合，可得到公式：

σ′＝a+be^-D/c

式中，e為自然常數(shù)，a、b、c分別為擬合參量；

按照上式，對(duì)某一量級(jí)沖擊壓力下的有效應(yīng)力隨深度變化曲線進(jìn)行分析，當(dāng)a>0時(shí)，說(shuō)明在這一級(jí)沖擊壓力作用下不足以產(chǎn)生任何厚度的砂土層液化；當(dāng)a＝0、b≠0時(shí)，根據(jù)關(guān)系曲線拐點(diǎn)判別沖擊液化砂土層厚度，如果曲線拐點(diǎn)不明顯，需進(jìn)一步根據(jù)自上而下有效應(yīng)力為0的傳感器位置埋深確定沖擊液化砂土層厚度；當(dāng)a＝0、b＝0時(shí)，曲線與x軸重合，說(shuō)明在這一級(jí)沖擊壓力作用下該厚度砂土層發(fā)生完全液化，對(duì)比造成砂土層完全液化的各量級(jí)沖擊壓力，確定臨界沖擊壓力。

本發(fā)明試驗(yàn)設(shè)備造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法也是基于成熟的土力學(xué)理論設(shè)計(jì)的，操作難度低，具有較強(qiáng)的適用性和實(shí)用性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，而非對(duì)其限制；應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。