一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪制造技术

技术编号:19514042 阅读:28 留言:0更新日期:2018-11-21 09:27
本实用新型专利技术公开了一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,包括框架,框架支撑剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统和剪切动力系统,剪切盒包括内剪切盒和外剪切盒,内剪切盒静止不动,外剪切盒能环向转动,剪切动力系统连接外剪切盒,并驱动外剪切盒的环向转动,液压伺服加载系统包括法向加压装置和环形传力板,法向加压装置沿竖直方向插在内剪切盒的中间,提供法向应力,环形传力板安装在剪切盒的上方,传递竖向围压,监测传感系统实时感应土样的剪切数据,并传输给控制装置。本实用新型专利技术对于研究高速远程滑坡滑带土抗剪强度特性、揭示滑坡演化过程与机理具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪
本技术涉及土工试验设备
,尤其涉及一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪。
技术介绍
研究土体的抗剪强度特性,对于边坡稳定性分析、地质灾害发生的力学机制研究及其边坡渐进式破坏过程研究等具有重要意义。岩土体的抗剪强度特性一般可由现场原位试验或室内土工试验获得,原位剪切试验尺寸大,由于岩土体为未扰动样,所得试验结果与工程实际情况最为接近,但是原位剪切试验具有成本高、周期长、仪器笨重等缺点。与此相比,室内试验虽然土样的代表性较差,但是由于其成本低、周期短、价格低廉等特点,被更加广泛用于土体的抗剪强度特性的研究中。目前,工程上常用的测定土体抗剪强度的室内试验方法主要有:三轴剪切试验、直接剪切试验、无侧限压缩试验等。其中直接剪切试验是发展较早的一种测定土的抗剪强度的方法,由于其设备简单,易于操作,在我国的应用比较广泛。常规的直剪仪虽然种类繁多,但原理基本相同,均是沿固定的剪切面,在不同法向力的作用下测得若干抗剪强度值。在实际剪切过程中,试样的剪切面持续减小,且剪切面上的正应力分布不均,不能反映出真实的岩土体所处应力状态。另外,直接剪切试验和三轴剪切试验受仪器的限制,其剪切位移具有局限性,无法满足对高速远程滑坡等大位移条件下土体的抗剪强度及残余强度的数值测定。因此,有必要发展能够实现大剪切位移试验条件的特殊土工设备和相应试验技术,其中环剪仪是能够满足这两种要求的最有效的手段之一。自20世纪20年代至今,国外学者和研究机构一直致力环剪仪的研发,并相继研制出了各种类型的环剪仪。随着科学技术的进步,环剪仪的制造趋于大型化和高度自动化,并逐步克服了剪切过程中诸如土体渗漏、应力分布不均、上下剪切盒摩擦过大等问题。伴随着大量、高精度传感器和伺服传动控制装置的应用,现代环剪仪能够进行模拟更加复杂应力条件下的土工试验,并能够保证试验结果的准确性,尽管现代环剪仪的功能及测量精度日趋成熟,但其设计原理均基本相同:即分为上下两个剪切盒,剪切面为一个平行于水平面方向的同心圆环。这种原理存在的固有缺陷就是:由于圆环在径向上存在一定宽度,因此将导致剪切面上沿径向的剪切线速度分布不一致,相同时间内的剪切位移不一致,这都将使得剪切过程中剪应力及剪位移在剪切面上的分布不均匀,从而使得剪切过程不能还原实际情况。为了尽量减少以上原理所带来的试验误差,设计者们减小了剪切盒沿半径方向的宽度,并用中心剪切环处的剪应力及剪位移来代替整个剪切面上的应力应变状态。这样剪切盒的容积便受到限制,对于实际岩土工程问题中的大量土石混合体试样,这类环剪仪便难以进行相关土体抗剪强度参数的测定及剪切过程的模拟。为了解决以上问题,一种适用于竖向剪切面的环剪试验仪被提出。然而,目前已公开的竖向剪切面环剪仪存在诸多问题,施加轴向应力的装置与扭矩施加装置设计在一起,在实际工作过程中会相互干扰,从而导致施加在土体试样上力的精度降低,影响试验结果的准确性;制样完成后需撤掉制样护板后再套入剪切盒中,因此较为松散的土石体无法采用该环剪仪进行试验;试验过程中仅提供垂直于剪切面方向的竖向力加载,剪切面上应力分布不均匀,无法提供精确的法向压力与围压。
技术实现思路
有鉴于此,本技术的实施例提供了一种可施加围压、剪切面应力分布均匀、能稳定运行、试验结果的真实可靠可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪。本技术的实施例提供一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,包括框架、剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统、剪切动力系统和控制装置,所述框架支撑剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统和剪切动力系统,所述剪切盒包括内剪切盒和外剪切盒,所述内剪切盒安装在外剪切盒内,且内剪切盒与外剪切盒滑动安装在一起,所述内剪切盒静止不动,所述外剪切盒能环向转动,所述剪切动力系统连接外剪切盒,并驱动外剪切盒的环向转动,所述液压伺服加载系统包括法向加压装置和环形传力板,所述法向加压装置沿竖直方向插在内剪切盒的中间,提供法向应力,所述环形传力板安装在剪切盒的上方,传递竖向围压,所述监测传感系统实时感应土样的剪切数据,并传输给控制装置,所述控制装置据此对法向加压装置的法向应力及环形传力板的竖向围压进行定量控制。进一步,所述框架包括左立柱、右立柱、上反力梁和底座,所述左立柱和右立柱固定在底座上,所述剪切盒在左立柱和右立柱之间,所述上反力梁固定在左立柱和右立柱之间,且上反力梁在剪切盒的上方,所述底座通过螺栓与地面固定,所述底座的中间凸起一圆柱形承台,圆柱形承台与内剪切盒通过螺栓连接固定,所述剪切动力系统安装在底座上,所述左立柱与右立柱为监测传感系统的安装提供支撑,所述上反力梁为液压伺服加载系统的安装提供稳定支撑与安装空间。进一步,所述剪切动力系统包括剪切空心大齿轮、主动小齿轮、无级变速电机、变频器、大齿轮末端支撑轴承和大齿轮中部连接轴承,所述变频器固定在底座上,所述变频器连接无级变速电机,所述无级变速电机的主动转轴上连接主动小齿轮,所述主动小齿轮与剪切空心大齿轮啮合,并驱动剪切空心大齿轮转动,所述外剪切盒固定在剪切空心大齿轮上,所述剪切空心大齿轮的转动带动外剪切盒的转动,所述剪切空心大齿轮环套于底座上凸起的圆柱形承台的四周,所述剪切空心大齿轮与圆柱形承台之间设置有大齿轮中部连接轴承,所述剪切空心大齿轮的下部通过大齿轮末端支撑轴承与框架中的底座相连,保证剪切空心大齿轮的稳定自由转动,所述变频器能够对无级变速电机的输出转速进行稳定调节,进而实现不同剪切速率下的剪切过程。进一步,所述外剪切盒包括外底板、外罩和外顶盖,所述外底板通过螺栓固定在剪切空心大齿轮上,所述外罩的下端与外底板固定在一起,所述外罩的内壁设有呈环向均匀布置的竖向导轨,所述外底板上设有呈环向均匀布置的剪切板,所述剪切板和竖向导轨的位置错开,所述外顶盖的外壁开有与竖向导轨相适配的竖向导槽,所述外顶盖的底部开有与剪切板相适配的剪切板槽,将外顶盖插入外罩中,所述竖向导轨的上端卡在竖向导槽内,所述剪切板的上端卡在剪切板槽中,所述剪切动力系统驱动外底板的转动,所述外底板的转动带动外罩转动,所述外罩通过竖向导轨和剪切板带动竖向导槽和剪切板槽转动,进而带动外顶盖转动,共同形成外部环向转动室。进一步,所述内剪切盒包括内底板和内顶盖,所述内底板上设有呈环向均匀布置的土样固定刀片,所述内顶盖的内壁设有内导条,所述内底板固定在圆柱形承台上,所述内顶盖与环形传力板相连,共同形成内部静止室。进一步,所述内顶盖的上部设置有水平气泡仪,所述内底板上开有四处沿环向分布的排水口,沿排水口向下开有排水槽,且所述排水槽延伸到内底板下方的底座内,所述排水槽内铺设排水管,所述排水口处设有一层过滤网,所述排水口上设有一密封盖,所述密封盖能进行转动,进而实现排水口的打开和密封,用于实现排水剪切过程和不排水剪切过程。进一步,所述内顶盖包括内盖板和延长板,所述延长板设在内盖板的外侧,并与内盖板一体成型,所述延长板的下方设有向内凹陷的滑槽,所述外顶盖设在延长板的下方,且外顶盖的上方设有与滑槽相适配的滑条,所述滑条能在滑槽内滑动,进而使外顶盖相对于内顶盖发生转动;所述外底板包括外板和外延长板,所述外延长板设在外板的内侧,且一体成型,所述内底板包括内板和内延长板,所述内延本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,其特征在于,包括框架、剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统、剪切动力系统和控制装置,所述框架支撑剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统和剪切动力系统,所述剪切盒包括内剪切盒和外剪切盒,所述内剪切盒安装在外剪切盒内,且内剪切盒与外剪切盒滑动安装在一起,所述内剪切盒静止不动,所述外剪切盒能环向转动,所述剪切动力系统连接外剪切盒,并驱动外剪切盒的环向转动,所述液压伺服加载系统包括法向加压装置和环形传力板,所述法向加压装置沿竖直方向插在内剪切盒的中间,提供法向应力,所述环形传力板安装在剪切盒的上方,传递竖向围压,所述监测传感系统实时感应土样的剪切数据,并传输给控制装置,所述控制装置据此对法向加压装置的法向应力及环形传力板的竖向围压进行定量控制。

【技术特征摘要】
1.一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,其特征在于,包括框架、剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统、剪切动力系统和控制装置,所述框架支撑剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统和剪切动力系统,所述剪切盒包括内剪切盒和外剪切盒,所述内剪切盒安装在外剪切盒内,且内剪切盒与外剪切盒滑动安装在一起,所述内剪切盒静止不动,所述外剪切盒能环向转动,所述剪切动力系统连接外剪切盒,并驱动外剪切盒的环向转动,所述液压伺服加载系统包括法向加压装置和环形传力板,所述法向加压装置沿竖直方向插在内剪切盒的中间,提供法向应力,所述环形传力板安装在剪切盒的上方,传递竖向围压,所述监测传感系统实时感应土样的剪切数据,并传输给控制装置,所述控制装置据此对法向加压装置的法向应力及环形传力板的竖向围压进行定量控制。2.根据权利要求1所述的可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,其特征在于,所述框架包括左立柱、右立柱、上反力梁和底座,所述左立柱和右立柱固定在底座上,所述剪切盒在左立柱和右立柱之间,所述上反力梁固定在左立柱和右立柱之间,且上反力梁在剪切盒的上方,所述底座通过螺栓与地面固定,所述底座的中间凸起一圆柱形承台,圆柱形承台与内剪切盒通过螺栓连接固定,所述剪切动力系统安装在底座上,所述左立柱与右立柱为监测传感系统的安装提供支撑,所述上反力梁为液压伺服加载系统的安装提供稳定支撑与安装空间。3.根据权利要求2所述的可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,其特征在于,所述剪切动力系统包括剪切空心大齿轮、主动小齿轮、无级变速电机、变频器、大齿轮末端支撑轴承和大齿轮中部连接轴承,所述变频器固定在底座上,所述变频器连接无级变速电机,所述无级变速电机的主动转轴上连接主动小齿轮,所述主动小齿轮与剪切空心大齿轮啮合,并驱动剪切空心大齿轮转动,所述外剪切盒固定在剪切空心大齿轮上,所述剪切空心大齿轮的转动带动外剪切盒的转动,所述剪切空心大齿轮环套于底座上凸起的圆柱形承台的四周,所述剪切空心大齿轮与圆柱形承台之间设置有大齿轮中部连接轴承,所述剪切空心大齿轮的下部通过大齿轮末端支撑轴承与框架中的底座相连,保证剪切空心大齿轮的稳定自由转动,所述变频器能够对无级变速电机的输出转速进行稳定调节,进而实现不同剪切速率下的剪切过程。4.根据权利要求3所述的可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪,其特征在于,所述外剪切盒包括外底板、外罩和外顶盖,所述外底板通过螺栓固定在剪切空心大齿轮上,所述外罩的下端与外底板固定在一...

【专利技术属性】
技术研发人员:宁奕冰唐辉明蔡毅申培武何成安鹏举李昺苏雪雪
申请(专利权)人:中国地质大学武汉
类型:新型
国别省市:湖北,42

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