新型动三轴地震波输入试验研究.pdf

· 172· 土工测试技术实践与发展 新型动三轴地震波输入试验研究 孙锐袁晓铭 (中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080) 摘要：本文简要介绍了新研制的全自动地震波输入动三轴装置及其指标和功能。该装置为全自动液压伺 服控制，拥有力和位移两种试验控制方式，具备常规静动功能和任意波输入功能，其特点为全数字闭环控 制，静态精度高、动态频响宽等。该仪器在一些技术指标上达到了国际先进的水平，并具有良好的试验性 能，特别是在地震波输入试验功能上，能够满足科研工作的多种需求。 关键词：动三轴；地震波 1 引 言 动三轴装置是土动力学实验室的主要仪器，可用来测定土的动强度和变形特性等。从仪器提 供测试资料的可应用性出发，动三轴的试验资料最为实用，因此动三轴仍是目前国内外进行土动力 学试验的必备装置。 增加各种新的自动控制功能和实验功能是目前动三轴研制的重要发展方向。目前国内装备的 一些动三轴的控制方式仍为开环，新研制的若干动三轴虽为闭环系统，但控制方式为模拟控制而非 数字控制，而国外先进的动三轴已为数字闭环控制，这一点国内外的动三轴有很大差距。自动化程 度方面，总体上国内研制的动三轴尚不理想，较国外先进的动三轴有一定差距，但国外先进的动三 轴也有若干缺欠，有些还不能满足土工试验的专门需要。由于上述问题，动三轴一些重要指标如频 宽、精度等受到很大影响，地震波试验、不同控制下的动静试验等功能的实现也受到了很大限制。 目前岩土工程抗震中的一些重要研究工作，如地震荷载作用下土的动力特性研究、联机试验研究、 地基液化和震陷的危害性分析等，能否很好开展均与动三轴等仪器设备的功能有密切关系。 针对目前研究工作和工程任务的需要以及国内外动三轴装置的现状，“九五”期间中国地震局 立项开展了“全自动地震波输入动三轴装置研制”工作。由中国地震局工程力学研究所与哈尔滨工 业大学合作，经三年时间，研制出了一套全自动液压伺服控制动三轴装置。该装置具有力和位移两 种试验控制方式，由两台单向振动三轴仪组成，具有常规静动功能，同时增加了任意波输入功能，并 初步实现了联机系统的硬件配套，在一些重要指标和功能上有所进展和突破。 本文简要介绍了新研制的全自动地震波输入动三轴装置的主要技术指标和功能，并给出了使 用该装置得到的一些地震波输入的试验结果。 2地震波试验 2．1标准弹簧试验 采用标准弹簧试件，分别在应力及应变控制下，将应变峰值6．25％(50％满负荷)和应力峰值 245 kPa(50％满负荷)的地震波(见图1)输入到试件中，记录输出应变、应力时程，计算输入应变、 应力时程和输出应变、应力时程的反应谱面积，并求出相对误差值(失真度)，输出的应变、应力时程 和输入、输出反应谱比较如图2、图3所示。试验结果表明，应变控制下失真度为4．7％，应力控制 下失真度为1．36％¨。。 第二篇室内土工测试技术 ·173· 表1新动三轴主要技术指标 轴向最大静应力 l470kPa(1％) 侧向最大静应力 490kPa(5‰) 490 轴向最大动应力 kPa(2％) 轴向最大静行程 4cFo．(5‰) 轴向最大动行程 ±1．0Cln(1％) 频率范围 0～20Hz