本發明涉及一種土木工程模型試驗中土體動剪切模量的測試裝置，特別涉及重塑土或者試驗土的剪切模量的測試裝置。
背景技術：
土木工程動力學領域中常見的振源可以分為以下兩類：
1、自然災害：地震，火山噴發等誘發振動。
2、人類活動：施工活動，機動車輛行駛，鐵路列車行駛等誘發振動。
近幾年，地震活動的頻發對我國局部地區以及世界范圍內各地都造成了極大的人員傷亡和經濟損失，其次，基礎設施建設在我國進行的如火如荼，為緩解交通壓力，地鐵工程在我國一二線城市大量興建，隨后也帶來一系列問題，尤其是由于列車運行造成的振動問題，其振動影響涉及周圍環境、地層穩定性、周圍建筑物的安全性等。同時，隨著人類安全和環境意識的不斷提高，科研工作者將大量精力投入到地層振動研究領域。
地層的動剪切模量G0是土動力學領域中一個重要的參數，無論是進行模型試驗，計算機數值模擬，還是通過數值分析對地層的響應進行研究，都需要地層的剪切模量。因此，地層動剪切模量的測定成為研究進行的基礎。研究表明，地層剪切模量與應力水平相關，剪切模量隨深度而變化。
模型試驗因其具有可控性，可重復性，經濟性等特點，成為土木工程研究者常用的研究手段。根據模型試驗理論，選取合理的幾何比例N(通常取N＝20-70)對原型地層或者結構進行縮尺模擬，使得研究問題得以在試驗室進行。根據加速度水平，目前常用的模型試驗可以分為1g模型試驗和離心機模型試驗兩種。1g模型試驗是指在地球重力場作用下進行的常規模型試驗，由于模型尺寸的縮小，相應土層深度處的應力水平是原型應力的1/N。離心機試驗是指利用高速旋轉產生的N倍于重力加速度的離心加速度來抵消由于模型尺寸縮小造成的地應力降低，從而使得原型地應力水平被復制。
因此，在模型試驗進行過程中，急需一種適合測試試驗中不同深度處土層剪切模量的裝置，為地層振動研究的進行提供基礎參數。
在小剪切應變范圍內(<10-6)，土的動剪切模量G0和剪切波速VS之間滿足以下關系：
G0＝ρ·VS2 (1)
其中：ρ是土的密度。
因此，土的動剪切模量的測定可以通過測試土的剪切波速和密度來獲得。其中，土的密度很容易測定。剪切波速的測定的基本思路為通過測試剪切波經過已知兩點的時間差來計算剪切波速VS，通過公式(1)反算出剪切模量。
技術實現要素：
鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的就是提供一種用于測試模型試驗中不同深度處土層剪切模量的裝置。
本發明為實現其目的，所采用的方案是：一種用于模型試驗中土體動剪切模量的測試裝置。具有與擬模擬的地層空間尺寸相比擬的模型箱100和為實驗提供剪切動力的剪切波發生裝置200；模型箱100的底部設置有水平放置的剪切波發生器3；模型箱100內充填相應試驗用土，在試驗用土的不同高度上分層設置有一個以上的加速度計，所述加速度計放置與剪切波發生器3平行，各加速度計的采集數據線與數據采集系統連接；
剪切波發生裝置200由空氣壓縮機1，三通道電磁閥和剪切波發生器3構成；空氣壓縮機通過三通轉接頭形成分別與剪切波發生器3左右兩端接頭相通的左右兩個氣道，左右兩個氣道上各連有一個三通道電磁閥；
所述剪切波發生器3主要由兩部分組成：一個空心銅管3-C和一個置于空心銅管內的活動鋼柱3-D。
通過本發明裝置測試試驗中不同深度處土層VS，通過公式(1)反算出剪切模量，便利地測試不同深度處土層剪切模量，為地層振動研究的進行提供基礎參數。本發明裝置既適用于1g模型試驗又適用于離心機模型試驗。
附圖說明
圖1是本發明裝置進行試驗時的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
圖1示出，本發明的一種具體實施方式。
整個裝置由空氣壓縮機1，三通道電磁閥2-A、2-B，剪切波發生器3，加速度計4，數據采集系統5和顯示系統6六部分組成：
空氣壓縮機1是剪切波發生器3的動力源，利用硬塑料管7和三通轉接頭8將空氣壓縮機1與兩個三通道電磁閥2-A和2-B相連接，兩個三通道電磁閥2-A和2-B分別和剪切波發生器3的兩個接頭3-A和3-B相連。剪切波發生器3主要由兩部分組成：一個長14cm、內徑8mm的空心銅管3-C和一個長3cm、直徑7mm的活動鋼柱3-D。
試驗進行時，需開啟空氣壓縮機1，調整空氣壓縮機1壓力(約30kPa)，打開三通道電磁閥2-B，同時，關閉三通道電磁閥2-A，空氣就會由接頭3-B流向接頭3-A，此時，鋼柱3-D會在空氣壓力作用下由3-B端滑向3-A端；如果關閉三通道電磁閥2-B，同時，打開三通道電磁閥2-A，空氣就會由接頭3-A流向接頭3-B，此時，鋼柱3-D會在空氣壓力作用下由3-A端滑向3-B端。在鋼柱3-D與銅管3-C碰撞時產生的沖擊力作用下，剪切波發生器3周圍土體會被輕微地剪切從而產生剪切波9，剪切波9的傳遞方向與鋼柱3-D的運動方向垂直。
隨后，剪切波9會被位于剪切波發生器3上方的一系列加速度計4探測到，剪切波信號10會被數據采集系統5記錄并存儲起來，同時數據顯示系統6會顯示測得的剪切波信號10。通過對信號10進行分析，可以得到剪切波9到達相鄰兩個加速度計4的時間差。進而，通過已知相鄰加速度計4之間的距離和時間差計算出剪切波9在土層中的傳遞速度。最后，通過公式(1)計算出土體的剪切模量。
圖1示出，利用上述土體動剪切模量的測試裝置進行剪切波測試的方法，具體實施步驟是：
A、試驗準備：按照所要模擬的地層空間尺寸和選定的幾何相似比制備模型箱，先在模型箱的四周和底部黏貼吸振材料Duxseal，厚度約為2-3cm。吸振材料的主要作用為減少反射波對試驗結果的影響。然后，在吸振材料上鋪設模型土，厚度以2cm為宜。
B、安裝剪切波發生器和加速度計：先在剪切波發生器3的兩端處黏貼厚度約為2mm的吸振材料Duxseal，以減弱其內部鋼柱運動產生的沖擊力所激發的壓縮波與剪切波的干擾，再在剪切波發生器3的表面用膠水粘結一層試驗用土，從而保證土體和剪切波發生器3有良好的耦合性，利于剪切波9的產生。將連接好硬塑料管7的剪切波發生器3置于土層上，安裝時，要注意盡量不要擾動土體。隨后，繼續鋪設模型土直至加速度計4的設計埋設深度。加速度計4在埋設時，一定要確保剪切波9的振動方向與加速度計4的測量方向保持一致，即加速度計與剪切波發生器平行，而且在埋設其余加速度計4的時候，一定要確保所有加速度計4測量的方向性保持一致。
C、儀器連接：完成所有加速度計4的埋設后，將空氣壓縮機1利用硬塑料管7和三通轉接頭8與兩個三通道電磁閥2-A、2-B相連接，兩個三通道電磁閥2-A、2-B分別和剪切波發生器的兩個接頭3-A、3-B相連；將所有加速度計4連接到數據采集系統5和示波器6。
D、測試：開啟空氣壓縮機1，調整空氣壓縮機1壓力(約30kPa)，打開三通道電磁閥2-B，同時，關閉三通道電磁閥2-A，空氣就會由接頭3-B流向接頭3-A，此時，鋼柱3-D會在空氣壓力作用下由3-B端滑向3-A端；關閉三通道電磁閥2-B，打開三通道電磁閥2-A，空氣就會由接頭3-A流向接頭3-B，此時，鋼柱3-D會在空氣壓力作用下由3-A端滑向3-B端。在鋼柱3-D與銅管3-C碰撞時產生的沖擊力作用下，剪切波發生器3周圍土體會被輕微地剪切從而產生剪切波9，剪切波9會被上方的一系列加速度計4探測到，剪切波信號10會被數據采集系統5記錄并存儲起來，同時示波器6上會顯示各個加速度計4測到的響應信號10。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。