本發(fā)明涉及一種測試系統(tǒng)，具體涉及一種黃土工程振動促滲測試系統(tǒng)和測試方法。

背景技術：

黃土具有水敏性和振動敏感性(振敏性)，黃土高原夏季暴雨集中，斜坡黃土受像火車振動、強夯振動等特殊振動荷載影響而產(chǎn)生累計變形，發(fā)生松動效應，產(chǎn)生一系列細小裂縫，后期降雨沿這種裂縫灌入，加速裂縫向縱深方向延伸并不斷擴大。由于列車振動的長期性和強夯振動的多期性和波及性，又會加速滯留于黃土孔隙和裂縫中的水再次加速入滲和運移，其結果又使裂縫進一步發(fā)展，這種情況循環(huán)往復，一旦超過黃土破壞臨界值便會產(chǎn)生滑坡。

這種黃土滑坡中振動加速水的入滲和運移是其誘發(fā)的主要因素，但是以往的研究對于振動作用下黃土的入滲規(guī)律的研究幾乎為空白。隨著黃土高原地區(qū)鐵路、公路和機場的大規(guī)模建設，人工振動對于自然環(huán)境的改造應越來越引起人們的高度重視。為此，本發(fā)明提出了黃土工程振動促滲測試系統(tǒng)，以便進一步研究土體在振動作用下滲透促進特性，為黃土高原地區(qū)大規(guī)模的鐵路交通建設提供依據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種黃土工程振動促滲測試系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種黃土工程振動促滲測試系統(tǒng)，包括交流電源、控制器、數(shù)據(jù)采集器、振動臺和至少兩個振動促滲儀；

所述振動臺包括從下到上依次設置的橡膠減震墊、振動發(fā)生裝置、振動調(diào)節(jié)裝置和振動臺臺面，所述振動臺臺面上開設有至少兩個圓槽，每個所述圓槽沿內(nèi)壁對稱設置有兩個垂直的螺桿固定孔，每個所述圓槽內(nèi)通過所述螺桿固定孔安裝一個所述振動促滲儀；

所述振動促滲儀包括底座、按壓手柄、螺桿、頂蓋和套筒，所述螺桿為“u”型，所述底座內(nèi)置于一個所述圓槽內(nèi)，所述底座中間內(nèi)置底部透水石，所述底部透水石四周設置底部密封橡膠圈，所述套筒設置在所述底部透水石上，所述套筒內(nèi)部放置環(huán)刀試樣，所述環(huán)刀試樣上部加蓋頂部透水石，所述頂部透水石四周設置頂部密封橡膠圈，所述頂蓋設置在所述頂部透水石上，所述按壓手柄下端穿過所述螺桿頂部與所述頂蓋螺接，所述螺桿兩端分別與兩個所述螺桿固定孔螺接；

每個所述振動促滲儀的底座一側連接進水管路，所述進水管路上按照水流方向依次設置有流速調(diào)節(jié)閥和孔壓傳感器，每個所述振動促滲儀的底座另一側連接排氣管路，兩個所述振動促滲儀的排氣管路互相連通，所述排氣管路上設置有排氣閥，所述頂蓋一側連接出水系統(tǒng)，所述出水系統(tǒng)包括鋼制毛細管、燒杯和稱重裝置，所述稱重裝置設置在所述鋼制毛細管的出水口下方，所述燒杯放置在所述稱重裝置上，所述稱重裝置內(nèi)部設置有稱重傳感器；

所述孔壓傳感器和稱重傳感器均與所述數(shù)據(jù)采集器電連接，所述振動臺和數(shù)據(jù)采集器均通過線纜與所述控制器連接，所述數(shù)據(jù)采集器、控制器和振動臺均連接至所述交流電源。

優(yōu)選地，所述頂部透水石和底部透水石的直徑均為80mm。

優(yōu)選地，所述流速調(diào)節(jié)閥和孔壓傳感器之間的距離為2-5cm之間。

優(yōu)選地，所述進水管路和排氣管路均為尼龍管，所述尼龍管的管徑為5mm。

優(yōu)選地，所述鋼制毛細管的半徑為1mm，所述鋼制毛細管出水口的彎折角度小于等于90°。

優(yōu)選地，所述螺桿的螺距為5mm。

優(yōu)選地，所述振動促滲儀和所述圓槽的數(shù)量均為四個，兩兩所述振動促滲儀的排氣管路互相連通。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種黃土工程振動促滲測試方法，具體測試步驟包括：

包括定水頭滲透試驗方法和變水頭滲透試驗方法，具體測試步驟包括：

a、對稱重傳感器和孔壓傳感器進行標定；

b、在振動促滲儀的底座中間內(nèi)置底部透水石，所述底部透水石四周設置底部密封橡膠圈，將套筒設置在所述底部透水石上，將削好的環(huán)刀試樣周圍涂抹凡士林放入所述套筒內(nèi)，然后在所述環(huán)刀試樣上部加蓋頂部透水石，所述頂部透水石四周設置頂部密封橡膠圈，接著將頂蓋設置在所述頂部透水石上，擰緊按壓手柄和螺桿；

c、開通交流電源，啟動數(shù)據(jù)采集器及控制器，開始滲透試驗；

d、將進水管路的進水口連接至水源，開啟流速調(diào)節(jié)閥和排氣閥，待孔壓傳感器檢測到的水壓值穩(wěn)定不變后，關閉所述排氣閥；

e、若進行定水頭滲透試驗，根據(jù)所述孔壓傳感器的讀數(shù)，調(diào)節(jié)所述流速調(diào)節(jié)閥保持水頭壓力不變進行試驗；

若進行變水頭滲透試驗，則是根據(jù)土樣的孔隙發(fā)育情況設定起始水頭壓力，調(diào)節(jié)所述流速調(diào)節(jié)閥使其達到設定的初始水頭壓力；然后開始計時，待所述孔壓傳感器檢測到的水壓值穩(wěn)定不變后，此時記錄的時間為黃土樣品的飽和時間；

f、保持d中的試驗狀態(tài)，測試一段時間后，將所述數(shù)據(jù)采集器采集到的孔壓值和時間數(shù)據(jù)導出，計算滲透系數(shù)；

式中：kt—水溫t℃試樣的滲透系數(shù)，cm/s；

a—進水管路截面積，cm²；

l—滲徑，等于環(huán)刀試樣高度，cm；

p1—起始水頭壓力，kpa；

p2—經(jīng)時間(t＝t2-t1)后的水頭壓力，kpa；

a—環(huán)刀試樣的斷面積，cm²；

t1—測試開始時刻，s；

t2—測試結束時刻，s；

2.3—ln和lg的換算系數(shù)；

在所述步驟a-f的操作過程中需開啟振動臺。

優(yōu)選地，所述振動臺的開啟時間為：

在完成步驟a-c后，開啟所述振動臺，按照試驗需要的時間對所述環(huán)刀試樣進行不同振動頻率和幅值的振動試驗，振動時開啟排氣閥；

或在完成步驟a-d后，開啟所述振動臺，按照預先試驗設定的振動頻率和幅值下進行步驟e-f；

或在完成步驟e之前開啟所述振動臺，讓所述環(huán)刀試樣在不同的振動頻率和幅值狀態(tài)下完成步驟e，然后關閉所述振動臺進行步驟f。

本發(fā)明提供的黃土工程振動促滲測試系統(tǒng)結構簡單，操作方便，方法易實施，精度高，滿足試驗要求，相比于以往的滲透儀，該振動促滲儀能夠在一臺儀器上實現(xiàn)定水頭和變水頭常規(guī)試驗，且通過流速調(diào)節(jié)閥和孔壓傳感器的反饋調(diào)節(jié)機制，提高了試驗中水頭的控制精度，增大了試樣尺寸，消除了尺寸效應對滲透試驗的影響，能夠直接觀測滲透過程中的水頭壓力和出水量的變化，準確的計算出不同振動條件下土樣的飽和入滲時間和滲透系數(shù)，分析振動特征(頻率、振幅、振動的順序)對于黃土飽和時間和滲透系數(shù)的影響，進一步分析振動聯(lián)合降雨作用下對于黃土滑坡的誘發(fā)作用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的黃土工程振動促滲儀測試系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的黃土工程振動促滲儀測試系統(tǒng)的振動臺面俯視圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的黃土工程振動促滲儀測試系統(tǒng)中振動臺結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的黃土工程振動促滲儀測試系統(tǒng)中工程振動促滲儀結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的黃土工程振動促滲儀測試系的控制原理框圖。

附圖標記說明：

1-進水口，2-流速調(diào)節(jié)閥，3-孔壓傳感器，4-振動滲透儀，5-排氣閥，6-鋼制毛細管，7-燒杯，8-稱重傳感器，9-振動臺臺面，10-進水口支架，11-線纜，12-控制器，13-頂部密封橡膠圈，14-頂部透水石，15-螺桿固定孔，16-振動調(diào)節(jié)裝置，17-振動發(fā)生裝置，18-橡膠減震墊，19-螺桿，20-頂蓋，21-套筒，22-數(shù)據(jù)采集器，23-底座，24-按壓手柄。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

本發(fā)明提供了一種黃土工程振動促滲測試系統(tǒng)，具體如圖1至圖5所示，包括交流電源、控制器12、數(shù)據(jù)采集器22、振動臺和至少兩個振動促滲儀4；

振動臺包括從下到上依次設置的橡膠減震墊18、振動發(fā)生裝置17、振動調(diào)節(jié)裝置16和振動臺臺面9，振動臺臺面9上開設有至少兩個圓槽，每個圓槽沿內(nèi)壁對稱設置有兩個垂直的螺桿固定孔15，每個圓槽內(nèi)通過螺桿固定孔15安裝一個振動促滲儀4；

振動促滲儀包括底座23、按壓手柄24、螺桿19、頂蓋20和套筒21，螺桿19為“u”型，底座23內(nèi)置于一個圓槽內(nèi)，底座23中間內(nèi)置底部透水石，底部透水石四周設置底部密封橡膠圈，套筒21設置在底部透水石上，套筒21內(nèi)部放置環(huán)刀試樣，環(huán)刀試樣上部加蓋頂部透水石14，頂部透水石14四周設置頂部密封橡膠圈13，頂蓋20設置在頂部透水石14上，按壓手柄24下端穿過螺桿19頂部與頂蓋20螺接，螺桿19兩端分別與兩個螺桿固定孔15螺接；

每個振動促滲儀的底座23一側連接進水管路，進水管路設置在進水口支架10上，進水管路上按照水流方向依次設置有流速調(diào)節(jié)閥2和孔壓傳感器3，每個振動促滲儀的底座23另一側連接排氣管路，兩個振動促滲儀的排氣管路互相連通，排氣管路上設置有排氣閥5，頂蓋20一側連接出水系統(tǒng)，出水系統(tǒng)包括鋼制毛細管6、燒杯7和稱重裝置，稱重裝置設置在鋼制毛細管6的出水口下方，燒杯7放置在稱重裝置上，稱重裝置內(nèi)部設置有稱重傳感器8；

孔壓傳感器3和稱重傳感器8均與數(shù)據(jù)采集器22電連接，振動臺和數(shù)據(jù)采集器22均通過線纜11與控制器12連接，數(shù)據(jù)采集器22、控制器12和振動臺均連接至交流電源。

該系統(tǒng)不僅可以進行不同振動狀態(tài)下的振動滲透試驗，包括常規(guī)的定水頭滲透試驗和變水頭滲透試驗。稱重傳感器8和孔壓傳感器3在使用之前進行標定，標定曲線進行重新擬合得到擬合標定曲線及對應的擬合公式，便于之后數(shù)據(jù)的計算、矯正等。與以往的滲透試驗相比，本發(fā)明將試樣的尺寸增大，消除試樣的尺寸效應對試驗結果的影響，本實施例中頂部透水石14和底部透水石的直徑為80mm。為了增加孔壓傳感器對初始水頭的控制，提高試驗的精確度，本實施例中流速調(diào)節(jié)閥2和孔壓傳感器3之間的距離為2-5cm之間，進水管路和排氣管路均為尼龍管，尼龍管的管徑為5mm。，均內(nèi)置于振動臺面內(nèi)，鋼制毛細管6的半徑為1mm，鋼制毛細管6出水口的彎折角度小于等于90°，螺桿19的螺距為5mm。

進一步地，本實施例中的振動促滲儀4和圓槽的數(shù)量均為四個，兩兩振動促滲儀的排氣管路互相連通。

本實施例還提供一種黃土工程振動促滲測試方法，具體測試步驟包括：

包括定水頭滲透試驗方法和變水頭滲透試驗方法，具體測試步驟包括：

a、對稱重傳感器8和孔壓傳感器3進行標定；

b、在振動促滲儀4的底座23中間內(nèi)置底部透水石，底部透水石四周設置底部密封橡膠圈，將套筒21設置在底部透水石上，將削好的環(huán)刀試樣周圍涂抹凡士林放入套筒21內(nèi)，然后在環(huán)刀試樣上部加蓋頂部透水石14，頂部透水石14四周設置頂部密封橡膠圈13，接著將頂蓋20設置在頂部透水石14上，擰緊按壓手柄24和螺桿19；

c、開通交流電源，啟動數(shù)據(jù)采集器22及控制器12，開始滲透試驗；

d、將進水管路的進水口1連接至水源，開啟流速調(diào)節(jié)閥2和排氣閥5，待孔壓傳感器3檢測到的水壓值穩(wěn)定不變后，關閉排氣閥5；

e、若進行定水頭滲透試驗，根據(jù)孔壓傳感器3的讀數(shù)，調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥2保持水頭壓力不變進行試驗；

若進行變水頭滲透試驗，則是根據(jù)土樣的孔隙發(fā)育情況設定起始水頭壓力，調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥2使其達到設定的初始水頭壓力；然后開始計時，待孔壓傳感器3檢測到的水壓值穩(wěn)定不變后，此時記錄的時間為黃土樣品的飽和時間；

f、保持d中的試驗狀態(tài)，測試一段時間后，將數(shù)據(jù)采集器22采集到的孔壓值和時間數(shù)據(jù)導出，計算滲透系數(shù)；

式中：kt—水溫t℃試樣的滲透系數(shù)，cm/s；

a—進水管路截面積，cm²；

l—滲徑，等于環(huán)刀試樣高度，cm；

p1—起始水頭壓力，kpa；

p2—經(jīng)時間(t＝t2-t1)后的水頭壓力，kpa；

a—環(huán)刀試樣的斷面積，cm²；

t1—測試開始時刻，s；

t2—測試結束時刻，s；

2.3—ln和lg的換算系數(shù)；

在步驟a-f的操作過程中需開啟振動臺。

本實施例中的振動臺的開啟時間為：

或在完成步驟a-c后，開啟振動臺，按照試驗需要的時間對環(huán)刀試樣進行不同振動頻率和幅值的振動試驗，振動時開啟排氣閥5；

或在完成步驟a-d后，開啟振動臺，按照預先試驗設定的振動頻率和幅值下進行步驟e-f；

或在完成步驟e之前開啟振動臺，讓環(huán)刀試樣在不同的振動頻率和幅值狀態(tài)下完成步驟e，然后關閉振動臺進行步驟f。

以上所述實施例僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。