模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验装置及试验方法与流程

技术特征：
1.一种模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、采用砂雨法在模型箱中制备模型砂样，通过调节落纱高度控制模型砂样中砂土的初始密度和相对密实度；s2、对模型砂样施加竖向应力，实现模型砂样的固结，以模拟砂土的原位应力状态；s3、固结完成后，采用振冲器对模型砂样施加振冲荷载，调节振冲器在模型砂样中的贯入、上拔速度和分段留振时间，以模拟实际的振冲加固过程；s4、在振冲加固过程中，通过多通道的动态信号测试分析系统、阵列的孔压传感器、土压传感器、加速度传感器实时监测振冲作用下砂土地基的动土应力、孔压和加速度的物理量。2.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：s1-1、对砂土密度与落砂距离的关系进行标定，得到落砂高度与砂土相对密实度的关系；s1-2、分多层向模拟箱内装入砂土，根据落砂高度与砂土相对密实度的关系控制落砂位置与落砂面的距离，使砂土的初始密度为松散或中密状态，其砂土对应的密实度为dr=0.3～0.75；s1-3、在模型砂样制备完成后，在模型箱内从模型砂样的底部注水，直到水面到达模型砂样表面，使模型砂样缓慢饱和。3.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：在步骤s1中，用于制备模型砂样的砂土包括粗砂、中砂、细沙和粉砂。4.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：在步骤s2中，在施加竖向应力的过程中，对模型砂样的竖向变形进行监测，使模型砂样受到的应力状态与原位应力状态相同。5.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：在步骤s2中，施加竖向应力的大小为10kpa～400kpa。6.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：在步骤s3中，所述振冲器完成振冲加固的过程包括：s3-1、控制所述振冲器匀速贯入到装满模型砂样模型箱的底部，在模型箱底部留振；s3-2、控制所述振冲器从模型箱底部分段匀速上拔到模型砂样表面，完成一次振冲；在上拔的过程中，每次分段上拔后留振，控制分段长度为0.1～0.15m，控制留振时间为10～15s；s3-3、在完成一次振冲后，间隔24h重复上述s3-1和s3-2进行下一次振冲。7.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：在步骤s3中，所述振冲器的直径为50mm或75mm，功率为2.2kw-10kw，振动频率为50hz-200hz。8.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：所述孔压传感器分层设置在模型箱不同高度位置上，每层设置有多个距离振冲器振冲路径不同的孔压传感器，所述孔压传感器实时监测振冲试验过程的超静孔压发展和消散过程；所述土压传感器分层设置在模型箱不同高度位置上，每层设置有多个距离振冲器振冲
路径不同的土压传感器，所述土压传感器实时监测振冲过程中的动土压力变化过程；所述加速度传感器分层设置在模型箱不同高度位置上，每层设置有多个距离振冲器振冲路径不同的加速度传感器，所述加速度传感器实时监测振冲过程中砂土的振动特性。9.根据权利要求1所述的模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验方法，其特征在于：还包括步骤s5，在振冲前和振冲后的24h，分别在距离振冲器振冲路径不同间距的位置开展静力触探实验，所述静力触探检测深度从模型砂样表面到模型箱底部，进而对原应力状态砂土的振冲加固效果进行评估。10.一种模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验装置，其特征在于：用于实现上述权利要求1-9任意一项所述的试验方法，所述试验装置包括：模型箱；砂雨制样系统，在所述模型箱内制备模型砂样；竖向应力加载系统，向所述模型砂样施加竖向固结应力；振冲器，对模型砂样施加振冲荷载；振冲器编码控制器，调节振冲器在模型砂样中的贯入、上拔速度和分段留振时间；饱和水箱，与模型箱的底部连通，向模型箱内注水，实现模型砂样的缓慢饱和；传感器及动态信号测试分析系统，包括阵列的孔压传感器、土压传感器、加速度传感器，通过孔压传感器、土压传感器、加速度传感器采集信号上传至动态信号测试分析系统，实时监测振冲作用下砂土地基的动土应力、孔压和加速度的物理量。

技术总结
本发明涉及一种模拟原应力状态砂土的无填料振冲试验装置及试验方法，包括以下步骤：S1、采用砂雨法在模型箱中制备模型砂样，通过调节落纱高度控制模型砂样中砂土的初始密度和相对密实度；S2、对模型砂样施加竖向应力，实现模型砂样的固结，以模拟砂土的原位应力状态；S3、固结完成后，采用振冲器对模型砂样施加振冲荷载，调节振冲器在模型砂样中的贯入、上拔速度和分段留振时间，以模拟实际的振冲加固过程；S4、在振冲加固过程中，通过多通道的动态信号测试分析系统、阵列的孔压传感器、土压传感器、加速度传感器实时监测振冲作用下砂土地基的动土应力、孔压和加速度的物理量。本发明能够模拟实际应力状态砂土的振冲试验过程。能够模拟实际应力状态砂土的振冲试验过程。能够模拟实际应力状态砂土的振冲试验过程。


技术研发人员：占鑫杰 钱彬 杨守华 高长胜 朱群峰 许小龙 赵士文 李小梅 韩孝峰 丛建 李文炜
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/5/6