加筋土可视化大模型直剪试验数采仪制造技术

本发明专利技术涉及一种加筋土可视化大模型直剪试验数采仪，包括竖向加载系统、水平加载系统和剪切盒，所述的剪切盒包括均填充有填料的上剪切盒和下剪切盒，所述的水平加载系统包括推拉电动机和滑动平衡顶推杆，所述的推拉电动机上安装有位移传感器和压力传感器，所述的滑动平衡顶推杆的一端与推拉电动机连接，该滑动平衡顶推杆的另一端与下剪切盒连接，所述的剪切盒远离滑动平衡顶推杆的一侧安装有反力装置，所述的反力装置与上剪切盒连接，所述的上剪切盒一侧壁沿剪切方向设有透明的钢化玻璃，所述的钢化玻璃前面安装有数码摄录装置，所述的下剪切盒的一端上安装有土工物弹簧夹具。本发明专利技术适用方便，试验误差小，试验数据精确，便于广泛推广使用。

【技术实现步骤摘要】
加筋土可视化大模型直剪试验数采仪
本专利技术涉及一种直剪试验设备，特别是一种加筋土可视化大模型直剪试验数采仪。
技术介绍
加筋土技术的广泛应用，迫切需要准确测定筋土直剪界面的抗剪强度，直接剪切试验是测定筋土界面的抗剪强度的一种常用方法。试验的原理是根据库仑定律，筋土界面的抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比。直剪试验设备虽在近年得到了发展，但仍存在以下方面的不足：（1）试验仪器中的土工盒尺寸一般都相对较小，试验会受到室内模型尺寸效应的限制，关于筋土界面相互作用的研究不可避免的受到边界效应的影响；（2）剪切面上的剪应力分布不均匀，土样剪切破坏先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象。因而在剪切时，剪切面中央部分与靠近剪切盒壁区域的试样应变会不一致，靠近剪切盒壁试样的应变较大，而中央部分的应变较小；（3）由于现有的剪切盒上下盒的大小相同，剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按土样的原截面积计算的；（4）竖向荷载会发生偏转，主应力的大小及方向是动态的；（5）现有剪切盒的上下剪切盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大；（6）剪切过程中，试样发生体积变化，上剪切盒会限制试样在垂直方向的升降，试样与剪切盒内壁之间产生摩擦力，这个摩擦力相当于在试样上施加一个附加正应力与实际外加的正应力不一致；（7）现有试验设备仅能得到筋土界面相互作用过程的宏观力学响应，而无法探明筋土作用过程中界面砂土细观组构的演化规律，从而也无法从颗粒介质层面揭示筋土界面相互作用的细观力学本质；（8）试验数据的读取、记录和处理，也存在着许多缺陷，容易产生人为误差，无法获得精确的试验结果。专利
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现阶段直剪验设备的不足，提供一种剪切盒可视化、直剪试验过程中误差小、试验数据精确的加筋土可视化大模型直剪试验数采仪。解决上述技术问题的技术方案是：一种加筋土可视化大模型直剪试验数采仪，包括竖向加载系统、水平加载系统和剪切盒，所述的竖向加载系统安装在剪切盒的上方，该竖向加载系统包括液压千斤顶、反力框架和液压板，所述的剪切盒包括均填充有填料的上剪切盒和下剪切盒，所述的水平加载系统包括推拉电动机和滑动平衡顶推杆，所述的推拉电动机上安装有位移传感器和压力传感器，所述的滑动平衡顶推杆的一端与推拉电动机连接，该滑动平衡顶推杆的另一端与下剪切盒连接，所述的上剪切盒的宽度与下剪切盒的宽度相等，该上剪切盒的长度比下剪切盒的长度小，所述的上剪切盒放置在下剪切盒上，所述的剪切盒远离滑动平衡顶推杆的一侧安装有反力装置，所述的反力装置与上剪切盒连接，所述的上剪切盒一侧壁沿剪切方向设有透明的钢化玻璃，所述的钢化玻璃前面安装有用于拍摄并记录剪切盒中筋土界面土体颗粒变化过程的数码摄录装置，所述的下剪切盒的一端上安装有土工物弹簧夹具。本专利技术的进一步技术方案是：所述的土工物弹簧夹具由上夹板和下夹板组成，所述的上夹板和下夹板通过弹簧螺栓连接。所述的下剪切盒的内径尺寸为：长=800mm、宽=400mm、高=500mm，所述的上剪切盒的内径尺寸为：长=600mm、宽=400mm、高=500mm。所述的钢化玻璃的尺寸为：长=400mm、高=200mm。所述的液压千斤顶通过球形可旋转连杆与液压板连接。所述的上剪切盒和下剪切盒均为由钢材料制造的钢剪切盒，所述的上剪切盒和下剪切盒的接触面上涂抹有润滑油。所述的下剪切盒底部安装有滑动支座和定向滑轮。所述的加筋土可视化大模型直剪试验数采仪还包括控制台，该控制台中设有集成电板和控制面板，所述的推拉电动机、位移传感器和压力传感器均安装在该控制台中。所述的加筋土可视化大模型直剪试验数采仪还包括用于放置竖向加载系统、水平加载系统和剪切盒的承重台，所述的承重台的底端设有脚支座。由于采用上述技术方案，本专利技术之加筋土可视化大模型直剪试验数采仪与现有的直剪试验设备相比，具有以下有益效果：1.实验数据的可靠度提高：本专利技术的上剪切盒放置在下剪切盒上，且剪切盒亦可使用钢造剪切盒，试验时上下剪切盒之间的缝隙中不易嵌入砂粒，使试验结果更符合实际，解决了现有技术中上下剪切盒之间，砂粒会嵌入缝隙中带来试验数据偏大的试验误差。本专利技术通过对剪切盒的优化，采取上小下大的上下剪切盒组成，上剪切盒的宽度与下剪切盒的宽度相等，上剪切盒的长度比下剪切盒的长度小，进而减小了边缘处发生的应力集中，使得计算抗剪强度时保持了土样的截面积不变，并使剪切位移远大于常规设备；在进行直剪试验时，当产生了剪切位移，上面的剪切盒仍覆盖在下面的剪切盒上，增加了试验的可操作剪切位移，另一方面，在整个剪切过程中，有效土体的直剪仍为上剪切盒覆盖的土体部分，就使得土样截面积保持不变。减少了在剪切过程中，因为土样剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按土样的原截面积计算所带来的试验误差。2.试验箱（即剪切盒）的可视化：本专利技术中所述的上剪切盒的一端面设有透明的钢化玻璃，通过上剪切盒的钢化玻璃实现直剪试验过程中筋土界面的可视化，在钢化玻璃前端安装有用于拍摄并记录剪切盒中筋土界面土体颗粒变化过程的数码摄录装置，利用显微数码摄录技术，采用高清数码和体视显微镜对钢化玻璃区域内筋土界面土体颗粒进行实时摄录，由数字图像细观结构分析软件统计得到筋土荷载传递过程中颗粒配位数、粒间接触法向、颗粒长轴定向、局部孔隙率等主要细观组构参量的变化规律；获取加筋粗粒土直剪试验过程中筋土界面附近土体颗粒的位移场和应变场变化，研究分析筋土界面土体颗粒的运动规律。3.试验箱尺寸的大型化：本专利技术设计改良的大型直剪试验箱内径，相较于现有的一般直剪试验箱在试验过程中受到尺寸效应的影响更小，试验所得的结果更贴合实际。这是因为在直剪试验过程中由于上覆应力的加载与土体颗粒间的应力传递作用，必然会有一部分的应力被试验箱中的试样与直剪试验箱间的侧壁摩擦力所抵消，使得试验结果不可避免的受到尺寸效应影响，在直剪试验中使用体积更大的直剪试验箱时可以有效增大筋土界面的接触面积从而削弱尺寸效应对直剪试验的影响得到更好的试验结果。4.减少试验误差：本专利技术的上剪切盒后面加装有提供反力的反力装置，并在下剪切盒的底座处加装定向滑轮，使剪切盒不产生偏心，优化了反力装置。本专利技术在油压的反压装置处，使用与剪切盒相吻合的油压板，减少法向应力产生的应力集中，并在油压板的接驳处通过球形可旋转连杆连接，减小水平度对反压力的偏心影响。改良试验仪器，能减小力的偏心、外摩擦力的影响，提高试验数据的真实性。试验整个过程中，由多个结构组成，每个部位的优化与仿真性的提高，均会使得试验数据更可靠，减少了试验误差。5.实验操作便捷性的提高：在以往的直剪试验设备里，力的输出，多为堆载重物的方法，而本专利技术的试验设备对于输出力装置的优化，利用油压法取代堆载式加载，使荷载可调，并卸载简单，减少了大量体力工作。在伸缩杆（即滑动平衡顶推杆）的顶推和反力装置的反推过程中，均会产生较大的反作用力，本试验设备通过增加承重台的方式，巧妙地把两个反作用力通过承重台连在一起，相互抵消，不再跟以往设备那样在两端均需要挡墙提供试验需要的反力。6.数据采集自动化：现阶段的直剪设备大多还是采用人工读数记录结果的方法，这种方法不仅费时费力，而且在读数的过程中很容易产生误差，试验越繁杂这种现象越明显。而且试验过程中出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加筋土可视化大模型直剪试验数采仪，包括竖向加载系统、水平加载系统和剪切盒（1），所述的竖向加载系统安装在剪切盒（1）的上方，该竖向加载系统包括液压千斤顶（2）、反力框架（3）和液压板（4），所述的剪切盒（1）包括均填充有填料的上剪切盒（11）和下剪切盒（12），其特征在于：所述的水平加载系统包括推拉电动机和滑动平衡顶推杆（5），所述的推拉电动机上安装有位移传感器和压力传感器，所述的滑动平衡顶推杆（5）的一端与推拉电动机连接，该滑动平衡顶推杆（5）的另一端与下剪切盒（12）连接，所述的上剪切盒（11）的宽度与下剪切盒（12）的宽度相等，该上剪切盒（11）的长度比下剪切盒（12）的长度小，所述的上剪切盒（11）放置在下剪切盒（12）上，所述的剪切盒（1）远离滑动平衡顶推杆（5）的一侧安装有反力装置（6），所述的反力装置（6）与上剪切盒（11）连接，所述的上剪切盒（11）一侧壁沿剪切方向设有透明的钢化玻璃（13），所述的钢化玻璃（13）前面安装有用于拍摄并记录剪切盒（1）中筋土界面土体颗粒变化过程的数码摄录装置，所述的下剪切盒（12）的一端上安装有土工物弹簧夹具（7）。

【技术特征摘要】
1.一种加筋土可视化大模型直剪试验数采仪，包括竖向加载系统、水平加载系统和剪切盒（1），所述的竖向加载系统安装在剪切盒（1）的上方，该竖向加载系统包括液压千斤顶（2）、反力框架（3）和液压板（4），所述的剪切盒（1）包括均填充有填料的上剪切盒（11）和下剪切盒（12），其特征在于：所述的水平加载系统包括推拉电动机和滑动平衡顶推杆（5），所述的推拉电动机上安装有位移传感器和压力传感器，所述的滑动平衡顶推杆（5）的一端与推拉电动机连接，该滑动平衡顶推杆（5）的另一端与下剪切盒（12）连接，所述的上剪切盒（11）的宽度与下剪切盒（12）的宽度相等，该上剪切盒（11）的长度比下剪切盒（12）的长度小，所述的上剪切盒（11）放置在下剪切盒（12）上，所述的剪切盒（1）远离滑动平衡顶推杆（5）的一侧安装有反力装置（6），所述的反力装置（6）与上剪切盒（11）连接，所述的上剪切盒（11）一侧壁沿剪切方向设有透明的钢化玻璃（13），所述的钢化玻璃（13）前面安装有用于拍摄并记录剪切盒（1）中筋土界面土体颗粒变化过程的数码摄录装置，所述的下剪切盒（12）的一端上安装有土工物弹簧夹具（7），所述的土工物弹簧夹具（7）由上夹板（71）和下夹板（72）组成，所述的上夹板（71）和下夹板（72）通过弹簧螺栓（73）连接，所述的液压千斤顶（2）通过球形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家全，周岳富，吴辉琴，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45