一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪，包括试验平台系统，冻融循环系统，蠕变试验系统和监测控制系统四部分。冻融循环系统，蠕变试验系统和监测控制系统通过试验平台系统构成一个整体，冻融循环系统通过制冷循环和制热循环为试验提供冻融循环环境，蠕变试验系统通过数控液压千斤顶为试验提供法向应力和剪切应力，监测控制系统通过位移传感器和温度传感器对试验过程进行监测、控制与数据采集。本实用新型专利技术实现了在冻融循环环境下开展岩土体的剪切蠕变试验，且有效提高了试验的效率和精度。

A Shear Creep Tester for Rock and Soil Considering Freeze-thaw Cycle

【技术实现步骤摘要】
一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪
本技术涉及岩土力学试验
，具体属于一种冻融循环过程中岩土材料的剪切蠕变试验装置，主要用于测试处于冻融循环环境中岩土材料的力学参数。
技术介绍
冻融循环是一种强烈的自然风化作用，常见于冰川区、高山区和冻土区，对岩土材料具有明显的劣化作用。岩土材料的冻结和融化是一个连续的过程，冻融循环导致岩土材料反复受到冻结和融化作用，加速了水与岩土材料发生复杂的物理和化学反应，并最终导致岩土材料力学特性的逐渐变化。岩土材料在冻融循环作用下，其力学特性发生逐步劣化，主要表现为岩土体的强度参数和变形参数随冻融循环次数的增加而逐渐降低，并逐步产生蠕变变形。因此，冻融循环是造成冰川区、高山区和冻土区许多工程破坏的主要因素之一，比如边坡失稳、路基破坏和硐室变形等。目前已有不少学者针对冻融循环开展了研究，主要集中在室内冻融循环环境的模拟方面，陆续公开了多项冻融循环试验装置的专利。但鲜有可在冻融循环环境下开展岩土材料力学特性测试的试验装置公开，尤其是冻融循环环境下岩土材料的蠕变特性研究，目前尚未有任何公开的仪器设备可用。现有的冻融循环试验装置主要存在两个问题：1.岩土材料在冻融循环过程中，脱离原有应力环境，导致岩土材料受到的冻结和融化作用与实际情况不符，影响其力学参数的变化规律；2.不能在冻融循环环境下直接开展岩土材料的蠕变试验，而岩土材料的蠕变过程与冻融循环是直接相关的。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变仪，用于开展冻融循环过程中岩土材料的剪切蠕变试验。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变仪，包括试验平台系统，冻融循环系统，蠕变试验系统和监测控制系统，所述冻融循环系统，所述蠕变试验系统和所述监测控制系统通过所述试验平台系统构成一个整体，所述冻融循环系统通过制冷循环和制热循环为试验提供冻融循环环境，所述蠕变试验系统通过数控液压千斤顶为试验提供法向应力和剪切应力，所述监测控制系统通过位移传感器和温度传感器对试验过程进行监测、控制与数据采集。在采用上述技术方案的同时，本技术还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：所述试验平台系统包括试验平台和悬架，所述试验平台为四腿桌型平台，作为整个试验仪的支撑结构和操作平台，其上部空间用于安装所述蠕变试验系统、所述监测控制系统和部分所述冻融循环系统的设备；所述悬架采用4条悬柱固连于试验平台台面下方，其内部空间用于安装部分所述冻融循环系统的设备。所述冻融循环系统包括制冷机、制热机、连接软管、冷/热循环管、试验箱体、保温壳体、铰链、试验箱门和双层中空玻璃观察窗，所述制冷机和所述制热机均安装于所述试验平台系统的所述悬架上，可通过所述连接软管和所述冷/热循环管构成制冷或制热循环回路，为试验提供稳定可控的制冷或制热效果；所述试验箱体为一端开口的长方体中空构件，固连于所述试验平台上方；所述试验箱门通过所述铰链与所述试验箱体构成密闭中空腔体，可沿所述铰链进行开合操作，闭合时可为试验提供相对密闭的试验环境；所述试验箱门中部开设有所述双层中空玻璃观察窗，用于在试验过程中观察试验仪各部件及岩土试样的状态；所述保温壳体包裹于所述试验箱体外侧，用于隔绝所述试验箱体内部与外部之间的冷热交换，为试验的冻融循环提供相对稳定的温度环境。所述蠕变试验系统包括法向千斤顶锚固螺栓、法向数控液压千斤顶、法向千斤顶进油嘴、水平千斤顶锚固螺栓、水平数控液压千斤顶、水平千斤顶进油嘴、主动剪切盒、被动剪切盒、滚动钢珠和限位挡板，所述法向数控液压千斤顶通过所述法向千斤顶锚固螺栓固连于所述试验箱体内部顶板，为试验提供稳定可控的法向应力；所述法向千斤顶进油嘴贯穿所述试验箱体和所述保温壳体延伸至外侧；所述水平数控液压千斤顶通过所述水平千斤顶锚固螺栓固连于所述试验箱体内部右侧壁，为试验提供稳定可控的剪切应力；所述主动剪切盒为一端开口的长方体中空构件，右侧部位有与所述水平千斤顶配套使用的耳状突出，使用时开口向下；所述被动剪切盒为一端开口的长方体中空构件，使用时开口向上，与所述主动剪切盒配合形成的内部空腔用于填装待测试的岩土体试样；所述滚动钢珠成列开设于所述主动剪切盒的顶部，作为所述主动剪切盒的减阻构件，使所述主动剪切盒在在剪切应力作用下可发生剪切位移；所述限位挡板固连于所述试验箱体的顶部，与所述被动剪切盒配套使用，防止所述被动剪切盒在剪切应力作用下发生剪切位移。所述监测控制系统包括温度传感器和水平位移传感器，所述温度传感器安装于所述试验箱体内部侧壁，用于实时监测所述试验箱体内部的温度，当温度达到设定值时，停止所述制冷机或所述制热机的工作，待温度偏离设定值一定范围时，再次启动所述制冷机或所述制热机的工作，保证所述试验箱体内部的温度维持在设定值附近；所述水平位移传感器安装于所述试验箱体内部侧壁，用于实时监测试验过程中所述主动剪切盒的水平向位移。本技术的有益效果是：1、在一台仪器内同步开展岩土试样的冻融循环过程和蠕变测试过程，从而实现了冻融循环环境下岩土体的蠕变测试研究；2、在冻融循环过程中可恢复岩土试样的原始应力，确保岩土试样处于实际地质条件相近的应力环境中进行冻融循环，大幅提高了试验结果的准确性；3、可采用方形大尺寸的岩土试样开展试验，由于方形岩土试样优化的受力方式和简洁的几何形状，有效简化了岩土试样力学参数的计算方法，并大幅降低了试验尺寸效应的影响。附图说明图1是一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪的正视图。图2是一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪的侧视图。图3是图2的A-A’剖面图。图4是一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪的立体图。图中标号：1：试验平台；2：悬架；3：制冷机；4：制热机；5：连接软管；6：冷热循环管；7：试验箱体；8：保温壳体；9：铰链；10：试验箱门；11：双层中空玻璃观察窗；12：法向千斤顶锚固螺栓；13：法向数控液压千斤顶；14：法向千斤顶进油嘴；15：水平千斤顶锚固螺栓；16：水平数控液压千斤顶；17：水平千斤顶进油嘴；18：主动剪切盒；19：被动剪切盒；20：限位挡板；21：滚动钢珠；22：温度传感器；23：水平位移传感器。具体实施方式参照附图。本技术提供的考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪，包括试验平台系统，冻融循环系统，蠕变试验系统和监测控制系统，所述冻融循环系统、所述蠕变试验系统和所述监测控制系统通过所述试验平台系统构成一个整体，所述冻融循环系统通过制冷循环和制热循环为试验提供冻融循环环境，所述蠕变试验系统通过数控液压千斤顶为试验提供法向应力和剪切应力，所述监测控制系统通过位移传感器和温度传感器对试验过程进行监测、控制与数据采集。所述试验平台系统包括试验平台1和悬架2，所述试验平台1为四腿桌型平台，作为整个试验仪的支撑结构和操作平台，其上部空间用于安装所述蠕变试验系统、所述监测控制系统和部分所述冻融循环系统的设备；所述悬架2采用4条悬柱固连于试验平台下方，其内部空间用于安装部分所述冻融循环系统的设备。所述冻融循环系统包括制冷机3、制热机4、连接软管5、冷热循环管6、试验箱体7、保温壳体8、铰链9、试验箱门10和双层中空玻璃观察窗11，所述制冷机3和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪，其特征在于：包括试验平台系统，冻融循环系统，蠕变试验系统和监测控制系统；所述冻融循环系统、所述蠕变试验系统和所述监测控制系统通过所述试验平台系统构成一个整体，所述冻融循环系统通过制冷循环和制热循环为试验提供冻融循环环境，所述蠕变试验系统通过数控液压千斤顶为试验提供法向应力和剪切应力，所述监测控制系统通过位移传感器和温度传感器对试验过程进行监测、控制与数据采集。

【技术特征摘要】
1.一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪，其特征在于：包括试验平台系统，冻融循环系统，蠕变试验系统和监测控制系统；所述冻融循环系统、所述蠕变试验系统和所述监测控制系统通过所述试验平台系统构成一个整体，所述冻融循环系统通过制冷循环和制热循环为试验提供冻融循环环境，所述蠕变试验系统通过数控液压千斤顶为试验提供法向应力和剪切应力，所述监测控制系统通过位移传感器和温度传感器对试验过程进行监测、控制与数据采集。2.如权利要求1所述的一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪，其特征在于：所述试验平台系统包括试验平台和悬架，所述试验平台为四腿桌型平台，作为整个试验仪的支撑结构和操作平台，其上部空间用于安装所述蠕变试验系统、所述监测控制系统和部分所述冻融循环系统的设备；所述悬架采用4条悬柱固连于试验平台台面下方，其内部空间用于安装部分所述冻融循环系统的设备。3.如权利要求2所述的一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪，其特征在于：所述冻融循环系统包括制冷机、制热机、连接软管、冷/热循环管、试验箱体、保温壳体、铰链、试验箱门和双层中空玻璃观察窗，所述制冷机和所述制热机均安装于所述试验平台系统的所述悬架上，通过所述连接软管和所述冷/热循环管构成制冷或制热循环回路，为试验提供稳定可控的制冷或制热效果；所述试验箱体为一端开口的长方体中空构件，固连于所述试验平台上方；所述试验箱门通过所述铰链与所述试验箱体构成密闭中空腔体，能沿所述铰链进行开合操作，闭合时可为试验提供相对密闭的试验环境；所述试验箱门中部开设有所述双层中空玻璃观察窗，用于在试验过程中观察试验仪各部件及岩土试样的状态；所述保温壳体包裹于所述试验箱体外侧，用于隔绝所述试验箱体内部与外部之间的冷热交换，为试验的冻融循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪卫达，王敬勇，彭鹏，徐文刚，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33