一种新型土工动力直剪试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种新型土工动力直剪试验装置，包括直剪仪和用于采集试样位置变化数信息的传感器采集模块还包括直剪模块，水位波动模块，干湿循环模块和试样变形监测模块；直剪模块对称分布在直剪仪四周，用于为试样提供水平载荷；水位波动模块连接在直剪仪一侧，用于模拟潮汐荷载；干湿循环模块与直剪仪底部连接，用于模拟降雨和蒸发；试样变形监测模块设置在直剪仪侧边，用于观测并记录试样在实验过程中的变形；传感采集模块的测量端安装在直剪仪周围，用于检测试样试验过程中位移变化。本发明专利技术能为试样提供多种加载模式下和环境变化状态下的直剪试验，并试样在实验过程中的变形和位移变化等进行实时监控和记录，使得试验结果更可靠。

A new type of geotechnical direct shear test device

The present invention provides a novel soil dynamic shear test device, including direct shear apparatus and sensor acquisition module for collecting information of the position change of the sample number also includes direct shear module, the fluctuation of water level module, dry wet cycle module and deformation monitoring module; direct shear module symmetrically distributed in direct shear apparatus for providing a level of around. Load for the sample; water level fluctuation module is connected in the direct shear apparatus side, used to simulate the tidal load; dry wet cycle module and direct shear apparatus is connected to the bottom, used to simulate rainfall and evaporation; deformation monitoring module is arranged in the direct shear apparatus side for deformation observation and record the sample during the experiment measurement and sensor acquisition module; the end is installed in the direct shear apparatus for change around the specimen in the process of displacement detection. The invention can provide a variety of direct shear test for sample loading mode and environment condition, and the sample in the process of deformation and displacement changes such as real-time monitoring and recording, to make the test results more reliable.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测试装置领域，具体涉及一种新型土工动力直剪试验装置。
技术介绍
直剪仪是一种常见的土工试验装置，它主要用于测定土体的抗剪切强度，用于评价工程土体的力学性质，目前现有的直剪装置，多采用上下分离的钢性盒体，上剪切盒和下剪切盒中盛装土体，土体上部设置有压力板，采用压力装置对压力板施加压力，主要采用压力杠杆施加竖向压力、水平向则采用电机链轮、螺杆传递水平推力，配合量力环、百分表等采集峰值剪切强度以及对应的剪切位移。但值得指出的是上述剪切仪器分析土体剪切强度时，多数是通过水平固定的剪切速度来进行，与工程实际中土体受到剪切力真实情况时存在差异，例如随着我国海洋战略的实施推进，越来越多的岛礁工程建设日益兴起，海洋环境的特殊性造就了复杂的海洋动力环境，土与工程结构建设物的相互作用多数是动力剪切作用，还比如波浪荷载作用下土体与海洋桩基的相互作用，例如桥墩受水流冲击、交通荷载对路基、风力、海浪、水流对海上建筑物是动荷载，尤其对周围土的剪切作用也是动荷载，且是一种大小和多向变化的荷载。再比如施工中的机器振动，地基加固中的冲击碾压、路基上部的车辆移动交通荷载，储油罐液位反复升降这些荷载传递到土体中，对土体而言均是一种动力循环剪切作用，而目前关于直剪装置多为应变控制式，明显与实际。同时周围环境荷载的施加，环境荷载，例如临海和沿海区域，由于潮汐作用，水位的波动也会导致土体抗剪切强度发生变化，同时在一些降雨和蒸发频繁的地区，由于干湿循环对于土体自身性质的改变，也会导致土体剪切强度的变化，现有的直接试验装置却不具备模拟环境荷载对土体抗剪切强度的影响的功能。现有直剪装置未能考虑单方向的土体受动力剪切作用，也没能考虑剪切力方向变化的情况，在环境荷载对土体抗剪切强度的影响上其功能上都有所欠缺。在土体抗剪切试验过程中，尤其对于不同类型的土体而言，尤其是砂土而言，在剪切试验过程中，颗粒之间会发生咬合作用，使得颗粒间发生移动，往往需要观察土体的颗粒移动或者变形情况，现有的直剪装置多数无法进行观察，这给试验研究造成了一定难题。因此，有必要设计一种新的土工直剪试验装置，能对试样进行多种复杂加载状态和环境状态下的试验。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：一种新型土工动力直剪试验装置，包括直剪仪100和用于采集试样位置变化数信息的传感器采集模块600，其特征在于：还包括直剪模块200，水位波动模块300，干湿循环模块400和试样变形监测模块500；所述直剪仪100包括用于放置试样的透明玻璃试样盒和底座107，所述透明玻璃试样盒包括上下对称扣合的方形试样盒a101a和方形试样盒b101b，试样盒内从上到下依次设有加载盖103、顶部透水石102a、试样A和底部透水石102b，所述的方形试样盒b101b底部侧边开设有与试样盒内部贯通的进水口104，方形试样盒b101b底部底面嵌设有方形试样盒滚珠槽105和滚珠106，所述的方形试样盒b101b周向外侧壁上开设有滑动槽110，所述的底座107为十字型支座，支座中部上方设有方形试样盒固定支架109，底座107中部上表面开设有底座滚珠槽108；所述直剪模块200对称分布在直剪仪100四周，直剪模块活动端与直剪仪100相连，用于为试样提供水平载荷；所述水位波动模块300连接在直剪仪100一侧，用于模拟潮汐荷载；所述干湿循环模块400与直剪仪100底部连接，用于模拟降雨和蒸发；所述试样变形监测模块500设置在直剪仪100侧边，用于观测并记录试样在实验过程中的变形；所述传感采集模块600的测量端安装在直剪仪100周围，输出端与计算机相连，用于检测试样试验过程中位移变化。所述直剪模块200包括气缸加载系统和/或电动推杆加载系统，所述的气缸加载系统包括依次连接的水平气缸201、空气压缩机202、调压阀203和竖向气缸206，所述水平气缸201水平安装于十字型底座107四周，所述竖向气缸206安装于加载盖103正上方，由调压阀203输出压力；所述的电动推杆加载系统包括相连接的水平电动推杆204和水平电动推杆驱动器205，水平电动推杆驱动器205与计算机连接。所述水位波动模块300包括水箱301，所述水箱301底部连接有平板状的升降台302，所述升降台302底部连接有电动推杆303，所述电动推杆303由驱动器304驱动，并由控制器305控制，所述水箱301为圆筒状结构，水箱侧壁从上至下依次设置有水箱进水口310a、水箱溢水口310b和水箱出水口310c，所述水箱出水口310c与直剪仪100的进水口104连接。所述干湿循环模块400包括PID温控系统410和三通阀门420，所述三通阀门420一端用于连接压缩仪100的进水口104，一端与PID温控系统410连接，另一端用于连接水位波动模块的水箱出水口310c。所述试样变形监测模块500包括高清摄像头501和一对呈一定角度连接的平面镜502，所述高清摄像头501和平面镜502相对布置，周向设置在直剪仪100侧边。所述传感采集模块600包括霍尔元件601、永久磁铁602、拉压传感器603、铁板604和位移计605；所述霍尔元件601和永久磁铁602为标准件，霍尔元件601安装在方形试样盒a101a下方四条边缘线的中点，永久磁铁602安装在方形试样盒b101b上方四条边缘线的中点，和霍尔元件601一一对应；所述拉压传感器603活动端安装在方形试样盒b101b四周的滑动槽110内，在拉压传感器603活动端顶端装有轴端滚珠603a，轴端滚珠603a在滑动槽110内滑动，拉压传感器603输出端与水平气缸201或水平电动推杆204相连；所述位移计605为标准件，其测量端和铁板604相连，铁板604水平安装在加载盖103的正上方，位移计605的输出端和计算机相连；本专利技术具有如下优点：1）本专利技术可对试样进行多种形式的直剪和传统直剪装置相比，本专利技术可对试样进行单向恒力直剪，单向恒速直剪和多向直剪，更接近复杂的荷载形式，传统直剪装置只能做单向恒速直剪；2）本专利技术可对试样进行干湿循环，用来模拟降雨和蒸发本专利技术通过水位波动模块和干湿循环模块对试样实施干湿循环，用来模拟降雨和蒸发。和传统直剪装置相比，本专利技术可以对试样干湿循环前后直剪性能进行对比，得出干湿循环的次数、频率和时间对试样直剪性能的影响；3）本专利技术可对试样进行水位波动，用来模拟潮汐的涨落本专利技术通过水位波动模块对试样实施水位波动循环，用来模拟潮汐的涨落。和传统直剪装置相比，本专利技术可以对试样水位波动循环前后直剪性能进行对比，得出水位波动循环的次数、频率和时间对试样直剪性能的影响；4）本专利技术可观察试样在试验过程中的形变本专利技术采用透明玻璃制成方形试样盒，通过外部高清摄像图像处理的方法，利用试样变形监测模块对试样在各种直剪模式，干湿循环，水位波动过程中的试样形变进行观察。和传统直剪装置相比，本专利技术可观察试样在试验过程中的形变，传统直剪装置无法观察记录试样的变形。5）本专利技术可更精确的测量试验数据本专利技术通过传感器采集模块记录试样变形过程中的变形和位移变化数据。和传统直剪装置相比，本专利技术采用电脑采集，可以采集连续的数据变化，传统直剪装置只能人工读取数据。附图说明图1为装置整体结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型土工动力直剪试验装置，包括直剪仪（100）和用于采集试样位置变化数信息的传感器采集模块（600），其特征在于：还包括直剪模块（200），水位波动模块（300），干湿循环模块（400）和试样变形监测模块（500）；所述直剪仪（100）包括用于放置试样的透明玻璃试样盒和底座（107），所述透明玻璃试样盒包括上下对称扣合的方形试样盒a（101a）和方形试样盒b（101b），试样盒内从上到下依次设有加载盖（103）、顶部透水石（102a）、试样A和底部透水石（102b），所述的方形试样盒b（101b）底部侧边开设有与试样盒内部贯通的进水口（104），方形试样盒b（101b）底部底面嵌设有方形试样盒滚珠槽（105）和滚珠（106），所述的方形试样盒b（101b）周向外侧壁上开设有滑动槽（110），所述的底座（107）为十字型支座，支座中部上方设有方形试样盒固定支架（109），底座（107）中部上表面开设有底座滚珠槽（108）；所述直剪模块（200）对称分布在直剪仪（100）四周，直剪模块活动端与直剪仪（100）相连，用于为试样提供水平载荷；所述水位波动模块（300）连接在直剪仪（100）一侧，用于模拟潮汐荷载；所述干湿循环模块（400）与直剪仪（100）底部连接，用于模拟降雨和蒸发；所述试样变形监测模块（500）设置在直剪仪（100）侧边，用于观测并记录试样在实验过程中的变形；所述传感采集模块（600）的测量端安装在直剪仪（100）周围，输出端与计算机相连，用于检测试样试验过程中位移变化。...

【技术特征摘要】
1.一种新型土工动力直剪试验装置，包括直剪仪（100）和用于采集试样位置变化数信息的传感器采集模块（600），其特征在于：还包括直剪模块（200），水位波动模块（300），干湿循环模块（400）和试样变形监测模块（500）；所述直剪仪（100）包括用于放置试样的透明玻璃试样盒和底座（107），所述透明玻璃试样盒包括上下对称扣合的方形试样盒a（101a）和方形试样盒b（101b），试样盒内从上到下依次设有加载盖（103）、顶部透水石（102a）、试样A和底部透水石（102b），所述的方形试样盒b（101b）底部侧边开设有与试样盒内部贯通的进水口（104），方形试样盒b（101b）底部底面嵌设有方形试样盒滚珠槽（105）和滚珠（106），所述的方形试样盒b（101b）周向外侧壁上开设有滑动槽（110），所述的底座（107）为十字型支座，支座中部上方设有方形试样盒固定支架（109），底座（107）中部上表面开设有底座滚珠槽（108）；所述直剪模块（200）对称分布在直剪仪（100）四周，直剪模块活动端与直剪仪（100）相连，用于为试样提供水平载荷；所述水位波动模块（300）连接在直剪仪（100）一侧，用于模拟潮汐荷载；所述干湿循环模块（400）与直剪仪（100）底部连接，用于模拟降雨和蒸发；所述试样变形监测模块（500）设置在直剪仪（100）侧边，用于观测并记录试样在实验过程中的变形；所述传感采集模块（600）的测量端安装在直剪仪（100）周围，输出端与计算机相连，用于检测试样试验过程中位移变化。2.如权利要求1所述的一种新型土工动力直剪试验装置，其特征在于：所述直剪模块（200）包括气缸加载系统和/或电动推杆加载系统，所述的气缸加载系统包括依次连接的水平气缸（201）、空气压缩机（202）、调压阀（203）和竖向气缸（206），所述水平气缸（201）水平安装于十字型底座（107）四周，所述竖向气缸（206）安装于加载盖（103）正上方，由调压阀（203）输出压力；所述的电动推杆加载系统包括相连接的水平电动推杆（204）和水平电动推杆驱动器（205），水平电动推杆驱动器（205）与计算机连接。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，雷学文，董云洁，孟庆山，徐亚飞，周疆豪，苏键，龚屿，卫一丰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42