1.测量土体能量吸收装置,其特征在于,包括基座(1)和与基座垂直安装的支架(2),所述的支架(2)包括发射球架(21)、接收球架(22)、土体密封盒架(23)、电磁铁固定架(24),所述的发射球架(21)、接收球架(22)与土体密封盒架(23)不接触,所述的电磁铁固定架(24)固定在土体密封盒架(23)上,所述电磁铁固定架(24)上悬挂有电磁铁(3),所述电磁铁(3)底部设置有带刻度固定板(4),所述发射球架(21)上通过摆线悬挂有发射钢球(5),所述土体密封盒架(23)上悬挂有土体密封盒(6),所述接收球架(22)上通过摆线悬挂有接收钢球(7),所述的高速摄像机(8)设置在土体密封盒(6)的正前方,所述的接收钢球(7)的正前方设置有像差测速传感器(9),所述的支架(2)后面安装有带刻度背景板(10)。
2.根据权利要求1所述的测量土体能量吸收装置,其特征在于,所述摆线为15~25cm可伸缩的钢杆。
3.根据权利要求1所述的测量土体能量吸收装置,其特征在于,所述发射钢球(5)的数量为7个,直径为2cm~5cm,且依次相差0.5cm的钢球。
4.根据权利要求1所述的测量土体能量吸收装置,其特征在于,所述土体密封盒(6)的材料为PC耐力板,形状为圆柱体、长方体和球体中的任意一种,且圆柱体的土体密封盒(6)的圆截面半径2cm、3cm、4cm,长度分别为2cm、3cm、4cm,长方体的土体密封盒(6)的边长分别为4cm、5cm、6cm,长度分别为2cm、3cm、4cm,球体的土体密封盒(6)的球半径分别为3cm、4cm、
5cm。
5.权利要求1所述的测量土体能量吸收装置的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、将发射球(5)悬挂在发射球架(21),打开电磁铁开关电磁铁(3)将发射球(5)吸附在电磁铁上,测量此时发射球距离发射球架(21)高度为h,测量摆线中点与发射球架(21)的距离h1,关闭电磁铁(3)让发射钢球(5)自由摆动,锤击装有土体的土体密封盒(6),能量传递至接收钢球(7)引起接收钢球(7)摆动,用像差测速传感器(9)测定接收钢球(7)的速度与土体密封盒(6)分离时的速度v,用高速摄像机(8)收集土体密封盒(6)与连接杆连接处摆动的信息,对比带刻度背景板(10)测出其摆动的最高处的值h2;
步骤二、取出土体密封盒(6)中的土体,重复步骤一操作,
步骤三、计算出土体密封盒内装有土体时的发射钢球和摆线提供的输入能量U1;和计算出计算土体密封盒内不装有土体时的发射钢球和摆线提供的输入能量U1',并用U1减去U1'即为土体能量吸收值。
6.根据权利要求5所述的测量土体能量吸收装置的检测方法,其特征在于,当土体密封盒(6)中装有土体时,发射钢球(5)和摆线提供的输入能量U1的算法为:发射钢球(5)和摆线提供的输入能量为U1=W发射钢球+W摆线
其中,W发射钢球=m1g(0.2+r-h),m1为发射钢球(5)的质量,r为发射钢球(5)的半径,h为发射钢球(5)的重心与上端支架(2)的距离,g为重力加速度;
W摆线=mLg(0.1-h1),mL为摆线的质量,h1摆线中心与上端支架(2)的距离,g为重力加速度;
传递过程中消耗的能量U2=W土体+W土体密封盒+W1
其中,W土体为土体吸收的能量,W土体密封盒为土体密封盒(6)吸收的能量,W1为装有土体的土体密封盒(6)最大重力势能;
W1=m土体+土体密封盒gh2
其中,m土体+土体密封盒为装有土体的土体密封盒(6)的总质量,h2为土体密封盒(6)摆动的最高值,g为重力加速度;
剩余能量接收钢球(7)与土体密封盒(6)分离时的动能
其中,m2为接收钢球(7)的质量,v为接收钢球(7)分离时的速度;
且U1=U2+U3
当土体密封盒(6)内不装有土体时,发射钢球(5)和摆线提供的输入能量U1'的算法为:其中,W1'=m土体密封盒gh2',U1'为发射钢球(5)和摆线提供的输入能量,h2'为密封盒摆动的最高值,U2为传递过程中消耗的能量,m2为接收钢球(7)的质量,v'为接收钢球(7)分离时的速度g为重力加速度;
两次对比实验之间唯一差别因素是土体密封盒(6)是否装有土体,则U1减U1'就是土体吸收的能量,即