砂土颗粒形状特征与剪切模量间的关系

实验名称：功率放大器在颗粒形状特征的表征及对砂土剪切模量影响的研究中的应用

实验设备：函数发生器、功率放大器、激发端弯曲元、电荷放大器、示波器等。

实验目的：通过数字图像处理技术对颗粒形状特征的表征以及实际砂土颗粒的形状特征进行研究，研究砂土颗粒形状特征与剪切模量间的关系。

实验过程：

（1）实验平台的搭建：

剪切波信号首先由函数发生器生成，函数发生器的输出信号电压较小，为了提高信号强度，在信号输入激发端弯曲元之前通过ATA-4011功率放大器对信号进行放大。经过放大的信号输入激发端弯曲元,弯曲元上的压电陶瓷片在脉冲电压的作用下振动，在土体中产生剪切波。接收端弯曲元与激发端弯曲元的结构相同，作用过程相反，在接收到剪切波信号后,压电陶瓷片产生振动，将机械能转化为电能，即接收信号。

接收端弯曲元接收到的信号通常较小，需要通过电荷放大器对信号进行放大，最后输入示波器中显示。功率放大器在向激发端弯曲元输入信号的同时，也将信号输入示波器中，通过比较接收信号和激发信号可以获得剪切波速，进而计算出土体的剪切模量。

（2）制样

四个砂样分别制取两种不同初始孔隙比的试样，共进行8组试验，并进行测试。 

实验结果：

 

在试验的加载阶段，试样的归一化剪切模量与其形状因子呈现出良好的相关性。在竖向荷载相同的条件下，颗粒形状粗糙程度越大，其形状因子越大，则对应的归一化剪切，模量越大。

实验中用到的功率放大器ATA-4011参数指标：

 

电压：最大输出电压160Vp-p（±80Vp）
电流：最大输出电流 1.41Ap 
带宽：带宽（-3dB）高达DC~1MHz

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　　审核编辑：汤梓红