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歐美大地 室內巖土試驗
室內巖土試驗
用于地震試驗的GDS儀器
發布時間:2023-11-03 瀏覽次數:14686 來源:歐美大地


美國地質調查局2014年曾公布一項調查結果,即根據長期記錄的統計數據,預計在任何一年都會發生大約17次大地震(7.0級至7.9級)和一次8.0級或以上的大地震。盡管世界各地安裝的地震臺站數量快速增長,每年都有更多的地震情況被記錄,但這一數據一直保持得相當穩定。

地震對基礎設施造成的破壞程度有很大差異,差異的程度取決于地震的位置、受影響土層的力學特性、地下水位的深度以及地震的強度和持續時間。例如,軟土的沉積會導致地表震動的放大,而松散顆粒材料的收縮趨勢會導致土壤液化和不均勻沉降。這種反應也可能影響電力和水等生命線,同時對基礎設施造成更明顯的破壞。 

了解土壤在地震中的行為特性可以幫助工程師提高未來基礎設施設計的彈性。歐美大地公司代理的GDS試驗儀器開發了一系列設備來模擬這些荷載條件,并提供了在易受地震影響地區開發基礎和結構設計解決方案所需的知識:系列動態裝置,使研究人員能夠對混凝土、鋼和復合材料等建筑材料進行模擬地震力的動態加載條件測試。這些試驗提供了對地震誘導應力下材料特性、變形特征和破壞模式的深入了解。在實驗室中提供液化研究的儀器,用于研究地震期間土壤對液化的敏感性。研究人員模擬循環荷載條件,研究土壤強度的損失和由此產生的地面變形。這些信息對于基礎設計和減輕液化相關風險至關重要。




地震試驗的試驗標準

ASTM D-3999:用三軸儀測定土壤的楊氏模量和滯回阻尼系數。這些參數對于在地震荷載作用下進行土壤沉積物的動力響應分析是不可或缺的。
ASTM D-4015:通過共振柱測定土壤的剪切模量和阻尼系數(在1 x 10-6及以上的小剪切應變范圍內工作)。這些參數對于在地震荷載作用下進行土壤沉積物的動力響應分析是不可或缺的。
ASTM D-5311:通過三軸儀測定土壤的不排水循環強度。該參數用于評估土壤沉積物抵抗地震荷載引起的剪切應力的能力。
JGS 0541:用三軸儀測定飽和土的排水抗剪強度參數,即有效應力。這些參數,即有效內摩擦角和粘聚力,被用作隧道穩定性評估計算的一部分。
JGS 0542:用三軸儀測定土壤的楊氏模量和滯回阻尼系數。這些參數對于在地震荷載作用下進行土壤沉積物的動力響應分析是不可或缺的。

地震試驗儀器


ELDYN – 標準型動三軸試驗系統



ELDYN動三軸是GDS設備中經濟的動態測試系統,它基于一個高剛度的軸向加載架和橫梁上安裝的電機作動器。ELDYN設計用來滿足檢測行業巖土實驗室的低成本系統需求,但仍然能夠滿足客戶期望的GDS應有的高標準。ELDYN允許圓柱形試樣在應用單調或循環加載階段之前進行飽和固結,以接近現場地面條件,后者模擬地震震動引起的應力條件。

DYNTTS – 伺服電機控制的動三軸試驗系統


高級動態三軸測試系統(DYNTTS)是一款高端測試設備,它將三軸壓力室與動態作動器相結合,能夠在高達10Hz的頻率下施加循環載荷、變形和應力。壓力室本身由容納電機驅動器的一體式基座單元螺旋驅動。軸向載荷和變形通過壓力室的底座施加。該系統可以與動態壓力室壓力作動器相結合,使得壓力室壓力也可以動態施加直到系統的設計頻率。DYNTTS允許一個易于制備的圓柱形試樣在應用單調或循環加載階段之前進行飽和和固結試驗,以接近現場地面條件,后者模擬地震震動引起的應力條件。注意,當使用DYNTTS時,用戶定義的循環加載模式也可以應用于試樣。

GDSTTA – 真三軸測試系統


真三軸GDSTTA具有與傳統三軸儀不同的決定性特征,所有三個主應力都可以獨立控制,傳統三軸系統中僅能控制兩個。這允許執行更寬范圍的復雜應力路徑。這種動態循環系統由先進的機電作動器或可選的液壓作動器提供動力,是一種極其復雜的研究工具。垂直軸和一個水平軸通過動態作動器(軸1和2)加載,通過壓力室壓力為第二個水平軸(軸3)提供應力控制??傊?,GDSTTA可用于將各種應力路徑應用于土樣,包括靜態和動態,從而能夠評估地震荷載下的土壤響應。


HCA – 空心圓柱試驗系統


除了軸向載荷和變形外,空心圓柱試驗裝置(HCA)還允許在高達5Hz的頻率下,將旋轉位移和扭矩循環施加到土壤的空心圓柱體試樣上。使用該裝置可以控制三個主應力的大小和方向,該系統還可以與兩個動態壓力室壓力作動器相結合,以使得能夠動態施加外部和內部壓力室壓力??梢允褂锰峁┑闹苽湓噭┖兄苽湔承院皖w粒狀試樣。注意,當使用HCA時,用戶定義的循環載荷模式也可以應用于試樣。


RCA – 共振柱試驗系統

共振柱裝置(RCA)用于獲得中小剪切應變范圍(<1%)內的剪切模量、楊氏模量和阻尼系數。這是通過使用電磁驅動系統實現的,該系統對飽和和固結的圓柱形土壤樣本施加高頻(15–300 Hz)扭轉或彎曲循環載荷。注意,該系統也可以升級為在2 Hz及以下的頻率范圍內進行扭轉剪切試驗,從而觀察到全剪切應力-應變行為。從共振柱裝置獲得的參數允許進行動態響應分析,例如使用有限元和非線性分析方法的分析,從而能夠評估地震震動期間土壤沉積物的響應。


EMDCSS – 伺服電機控制的動單剪系統


GDS電機控制的動單剪系統(EMDCSS)是進行動單剪試驗的主要設備,它不僅可以進行小應變(0.005%剪應變幅值)到大應變(10%剪應變幅值)的動態循環試驗,還可以進行非常精確的準靜態測試。易于制備的試樣受到主應力旋轉,可以反應現場觀察到的許多土壤響應。注意,當使用EMDCSS時,用戶定義的循環載荷模式,如地震震動期間記錄的加速度時程,也可以應用于試樣。


DYNBPS – 動態反壓剪切儀


動態反壓剪切系統DYNBPS用于控制孔隙壓力的土壤試樣的靜態和動態直接剪切試驗。在直接剪切測試期間對孔隙壓力的控制允許在實驗室中對真實世界的情況進行建模。該裝置的這種動態版本允許對滑坡進行建模,因為它在破壞的初始時刻后迅速獲得速度,或者觀察地震引起的循環應力下發生的破壞。注意,循環直接剪切試驗是可能的,同時仍然控制和測量孔隙壓力。


VDDCSS – 可變方向循環單剪儀


可變方向循環動單剪(VDDCSS)使簡單剪切能夠在兩個方向上施加,而不是標準的單一方向。這是通過使用與主剪切作動器成90度作用的副剪切作動器來實現的。當用作可變方向系統時,可以獨立于主剪切軸施加次剪切軸荷載和位移。這允許在任何水平方向上進行簡單的剪切試驗,近似于在地震等事件中現場觀察到的復雜荷載模式。


HARRCA – 哈丁共振柱裝置


哈丁共振柱是一種允許在保持各向異性載荷的同時在共振中測試試樣的系統。這是通過一個細長的薄壁加載柱通過驅動系統到達頂蓋來實現的。GDS Hardin型振蕩器包含一個電磁驅動系統,該系統包含精密纏繞線圈和復合燒結釹鐵硼(NdFeB)“稀土”磁體。該裝置可以安裝在具有整體軸向力作動器的獨立系統中,或者作為集成到現有荷載框架中的壓力室。HARRCA為土壤樣本提供了G和D曲線,使在評估地震荷載期間的土壤沉積物響應時能夠進行動態分析。


GDSAV – 聲速傳感器


聲速傳感器允許在巖石樣本內測量P波和S波速度。換能器安裝在底座和頂帽上,或者在某些情況下安裝在試樣的側面。


DT-RTS – 動態三軸巖石測試系統


動態三軸巖石測試系統可以在20Hz及以下的動態頻率下施加高達1.5MN的軸向載荷。使用伺服液壓作動器系統實現動態加載。



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