环向剪应力
内腔侧压 力
轴向压应力
轴向正应力
外腔侧压 力
环向剪应力
环向正应力 侧向正应力
薄壁圆筒样受力条件
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单元体应力条件
空心圆筒试样上独立施加内、外压力，轴向荷载及 横截面上振动扭矩，可以模拟单元体上径向、环向和轴 向正应力及扭转剪切应力四个应力变量。
通过扭转往返运动、轴向往返运动及内、外压力循 环变化，可以实现单向、双向和三向振动作用下动力试 验。
土的动力特性试验设备：
动直剪仪、动单剪仪、动三轴仪、共振柱仪、动扭剪仪等
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• 引言 • 土动力特性的测试设备系统 • 动三轴试验 • 共振柱试验 • 动扭剪试验 • 影响因素及系统阻尼 • 结论
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成样系统
形成一个满足试验要求条件（湿度、密度、应力状态 等）并具有代表性的试样。
土动力学特性试验及其发展现状
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2008.10
目录
• 引言 • 土动力特性的测试设备系统 • 动三轴试验 • 共振柱试验 • 动扭剪试验 • 影响因素及系统阻尼 • 结论
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引言
土的动力学试验：
土的动力特性试验 土体动力模型试验
动力特性试验设备均包括：
成样系统 激振系统 量测控制系统
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试验设备
电磁式动三轴仪ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（西安理工大学改造）
电-液伺服双向振动三轴仪
北京新技术应用研究所制 造，1992
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西安理工大学与天水红山试验 机厂研制，1993
电动马达驱动动三轴仪
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英国GDS有限公司制造
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1976年北京地形地质测绘处与北京市科学仪器 修配厂等单位试制成功了DSZ-100型电磁式动三 轴仪。同年，西北农学院水利系（现西安理工大 学水电学院岩土工程研究所）成功研制开发出了 气动式动三轴仪。
此后，由电力部西北电力设计院，中国科学 院工程力学所先后试制成功了电磁力双向激振三 轴仪。
可以独立变化三个主应力的大小和方向，从而实现 主应力方向的旋转。
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扭转单向振动试验仪
西北农林科技大学扭剪仪
圆筒试样： 内径30mm/ 60mm 外径70mm/ 100mm 高100mm/ 150mm
电液伺服单驱动器 齿轮、齿条传动
原西北水科所扭剪仪 日本诚研株式会社制造
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传感器
滤波器
放大器
电磁伺服阀
信号发生器
记录器 计算机
动荷驱动器
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试验条件与目的
动三轴试验测试在10-4-10-2应变范围之间的动 力特性。
测试得到的动应力、动应变和动孔压时程曲线， 可以得到饱和土的动孔压累计增长发展变化规律， 破坏时的循环动应力及破坏振次，动应力动应变 滞回曲线和动应力应变骨干曲线，以及给定静应 力条件下的震陷变形曲线。
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电动-气压式激振
利用小型电磁式激振器来推动气压随动系统，使气压 再往复作用在气压伺服阀上，引起底座的振动。
电动马达驱动激振
利用高速旋转的马达驱动丝杆往返运动，从而将往 返运动再传递给试样底座，来实现动力加载。
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控制与量测记录系统
将动力输入由数字信号转化为电信号进行闭环控制，同 时测定振动作用过程试件实际的动应力时程和所产生的动 应变时程和动孔压时程。
日本圆井株式会社制造
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浙江大学扭剪仪
空心圆筒试样： 内径60mm/ 160mm 外径100mm/ 200mm 高200mm/ 400mm
电动马达双驱动 活动基座
英国GDS仪器设备有限公司制造
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兰州地震局扭剪仪
空心圆筒试样： 内径60mm 外径100mm 高200mm
电气伺服双驱动器 铰接杆传动
英国WF公司制造
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上世纪九十年代初，中国水利科学院研制了一台电磁 -液压伺服压、扭双向振动扭剪仪。
西安理工大学也购置了同样的扭剪仪，并对自动控制 系统进行了改造。姚仰平博士（1994）在该仪器上进行了 饱和砂土主应力轴旋转试验研究。
电动式激振：
利用恒定磁场内的带电导体会受到一定电磁力作 用产生运动而产生激振。
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电磁式激振原理示意图
气动式激振
利用向活塞两 侧轮换供入和排出 压缩空气的方法， 驱动活塞杆作往复 运动，达到激振的 目的。
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电动-液压式激振
利用小型电磁式激振器来推动液压随动系统，使液 压往复作用于液压活塞上，引起底座的振动。
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发展历史
黄文熙（1959）首先提出了动三轴试验思想； 汪闻韶主持研制了我国第一台振动三轴仪。
1962年我国水电部《土工试验操作规程》中 列入了动三轴试验项目。
Seed（美国，1966）等提出了利用动三轴 试验结果解决实际工程问题的方法。
1975年安徽省水利科学研究所研制成功了 惯性力式动三轴仪。
满足便于装样、饱和、密度控制、荷载控制、以及应 变和孔压的量测，并尽量消除各种边界的影响。
振动台上圆筒样 动力直剪试样
动力单剪试样
动三轴试样
空心圆筒扭剪试样
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激振系统
一种对试样产生动力荷载的系统。主要分为机械式，电 动式，气动式，电动-液压式及电动-气压式等。
机械式激振： 偏心式，离心式和冲击式。
邵生俊（1985年）利用该 振动扭剪试验仪进行了饱 和砂土的动力试验。
扭转、轴向双向振动试验仪
大连理工大学扭剪仪
电液伺服双驱动器 齿轮、齿条传动
日本诚研株式会社制造
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栾茂田等（2002年）利用 该振动扭剪试验仪进行了 土的动力试验。
河海大学扭剪仪
电液伺服双驱动器 齿轮、齿条传动
丰土根等（2005年）利用 该振动扭剪试验仪进行了 土的动力试验。
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在10-6-10-3的应变范围内研究土的动力变形性质。 中国科学院工程力学所研制成功了我国第一台共 振柱仪（GZ-1型）。
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• 引言 • 土动力特性的测试设备系统 • 动三轴试验 • 共振柱试验 • 动扭剪试验 • 影响因素及系统阻尼 • 结论
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应力条件与特点