一种土体拉压扭特性分析的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种土体拉压扭特性分析的试验装置及方法，涉及土体工程室内拉压扭转试验领域，本装置包括底座和设置在底座上的试样单元和动力单元，通过试样单元牢牢固定土体试样，通过动力单元为土体试样提供轴向力和扭转力，本装置能够简便、精确、一体化地测试土体抗拉压扭强度特性；本方法通过采用土体拉压扭特性分析的试验装置，实现了荷载和扭矩的施加、力和扭矩的精准控制以及试验数据的检测记录等操作，实现试样水平轴力下的拉压扭转试验及复合试验，能够简便而又精确地测试土体抗拉压扭强度特性，本方法操作简便快捷，提高了实验结果的准确性，节约了大量的人力成本，又节约了时间成本。了时间成本。了时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种土体拉压扭特性分析的试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及土体工程室内拉压扭转试验领域，具体涉及一种土体拉压扭特性分析的试验装置及方法。

技术介绍

[0002]土体的抗拉强度与抗压强度、抗剪强度指标都是衡量土体强度特征的重要指标。在以往的工程实践中主要利用土体的抗压强度、抗拉强度或抗剪强度单项指标衡量其强度特征，并且相比于抗压强度、抗剪强度指标，抗拉强度在数值上要小得多，难以测量准确，工程中一般选择性忽视抗拉强度指标。
[0003]事实上，工程上的结构破坏常常同时与土的抗拉特性和土的抗剪特性或同时与土的抗压特性和土的抗剪特性有关，比如：张拉裂缝会大大降低边坡滑动面的阻力，雨水通过裂缝下渗至坡体内部，增加边坡重量，导致边坡失稳，这是由于边坡存在拉应力区，在复杂应力状态下，边坡也存在剪应力区。
[0004]综上所述，如何探索一种集性能可靠、精度高、操作简单、功能齐全、成本可控为一体的一种土体拉压扭特性分析的试验装置及试验方法，是当今土体工程
中亟待解决的一项难题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，即如何在对土体进行抗拉压特性试验的同时又能对其进行抗扭特性试验，本专利技术提供一种土体拉压扭特性分析的试验装置及方法，本专利技术能够简便而又精确地测试土体抗拉压扭强度特性，减少仪器对实验结果精确性的影响。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下
技术实现思路
：
[0007]一种土体拉压扭特性分析的试验装置，包括底座，所述底座上设置有试样单元和动力单元；
[0008]所述试样单元包括夹具组件以及固定在所述底座上的直线导轨；
[0009]所述直线导轨上从前到后依次设置有均能沿其轴向滑动的滑块Ⅰ和滑块Ⅱ；
[0010]所述动力单元包括伺服电机、拉扭传感器和轴承；
[0011]所述伺服电机轴向方向上连接在固定在所述底座上的减速机的一端；
[0012]所述减速机的另一端通过联轴器与所述轴承的一侧相连，所述轴承通过轴座固定在所述底座上；
[0013]所述拉扭传感器通过底板Ⅰ与所述滑块Ⅰ相连；
[0014]所述拉扭传感器的一端连接有平行式电动缸，所述平行式电动缸通过底板Ⅱ与所述滑块Ⅱ相连；
[0015]所述轴承的另一侧与所述拉扭传感器的另一端分别连接有一个夹具组件；
[0016]所述伺服电机、所述减速机、所述联轴器、所述轴承、所述夹具组件、所述拉扭传感器和所述平行式电动缸的中心均在同一水平轴线上。
[0017]进一步地，还包括梯形支架Ⅰ，矩形支架Ⅰ，矩形支架Ⅱ，矩形支架Ⅲ，梯形支架Ⅱ；
[0018]所述梯形支架Ⅰ设置在所述底座与所述减速机之间，用于支撑所述减速机；
[0019]所述矩形支架Ⅰ设置在所述底座与所述轴座之间，用于支撑所述轴座；
[0020]所述矩形支架Ⅱ和所述矩形支架Ⅲ依次设置在所述底板Ⅰ和所述拉扭传感器之间，所述拉扭传感器的前端固定在所述矩形支架Ⅱ上，所述拉扭传感器的后端固定在所述矩形支架Ⅲ上；
[0021]所述梯形支架Ⅱ设置在底板Ⅱ和所述平行式电动缸之间，所述平行式电动缸固定在梯形支架Ⅱ上，所述平行式电动缸伸缩杆的前端嵌入所述矩形支架Ⅲ的上部。
[0022]进一步地，所述底座包括主机柜以及主机柜底部呈对称设置的多个支托件。
[0023]进一步地，所述主机柜内部设有计算机控制系统；
[0024]所述计算机控制系统与所述动力单元相连接。
[0025]进一步地，所述计算机控制系统分别与所述伺服电机、所述减速机、所述拉扭传感器和所述平行式电动缸相连接。
[0026]进一步地，所述轴承与其连接的所述夹具组件之间设置有小转盘，所述小转盘面向所述伺服电机一侧的侧面上设有角度刻度标识。
[0027]进一步地，所述夹具组件由2个不封闭式半圆柱筒夹具上下盖合而成。
[0028]进一步地，所述不封闭式半圆柱筒夹具具有螺纹状内壁。
[0029]一种土体拉压扭特性分析的试验方法，基于上述土体拉压扭特性分析的试验装置，包括如下步骤：
[0030]S1：试验准备工作：根据试验土样长度通过直线导轨滑动滑块Ⅰ、滑块Ⅱ以调整试验空间并调试试验装置；
[0031]S2：装样：将试验土样固定在试验装置的两个夹具组件之间，通过调节平行式电动缸及伺服电机以复位试验装置的拉力及扭矩，设定平行式电动缸的位移速度和伺服电机扭转速度以及试验终止参数；
[0032]S3：试验加载环节：对试验土样施加扭矩和轴向力以及通过拉扭传感器采集的数据对拉压扭过程中的水平轴力与水平位移之间的关系、扭矩和扭转角度进行实时记录并在试验终止后导出试验数据。
[0033]进一步地，S3中的试验数据为时间扭矩角度和时间负荷位移的关系。
[0034]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0035]本专利技术提供一种土体拉压扭特性分析的试验装置，包括底座和设置在底座上的试样单元和动力单元，通过试样单元牢牢固定土体试样，通过动力单元为土体试样提供轴向力和扭转力，本装置能够简便、精确、一体化地测试土体抗拉压扭强度特性；
[0036]一方面，本专利技术能根据试验条件的不同可以进行多种模式的试验，具体包括：1、利用平行式电动缸完成单纯拉(压)试验；2、利用伺服电机完成单纯扭转试验；3、同时利用平行式电动缸和伺服电机完成扭转拉(压)复合试验，本装置可准确模拟土体对应破坏的作用方式，简便而又精确测试出土体态抗拉压扭转的强度。
[0037]又一方面，本专利技术的夹具组件根据直线导轨可以调节不同的长度，可适用于测量不同长度的试样的强度,适用范围广。
[0038]另一方面，本专利技术没有大范围旋转的沉重部件，避免了安全隐患，且整体连接稳
固，操作简便快捷，节约了大量的人力成本，又节约了时间成本。本专利技术适用于替代本领域的现有产品。
[0039]进一步地，本专利技术采用多个支架结构，为装置提供稳定支撑力，全程试样除收到扭矩和拉力外，不受其他干扰，大大提高了试验结果的精准度。
[0040]进一步地，本专利技术的底座采用含有计算机控制系统的主机柜结构，缩小了整个试验装置的使用空间。
[0041]进一步地，本专利技术连接有计算机控制系统，通过计算机控制系统对伺服电机、减速机、拉扭传感器和平行式电动缸的调控，利用微机控制软件，完成试验条件、试样参数等设置，试验结束后可再现试验历程、回放试验数据，本装置的实验结果准确率高，误差小。
[0042]进一步地，本专利技术在拉扭传感器和夹具组件之间设置有小转盘，并且小转盘面向伺服电机一侧的侧面上还设有角度刻度标识，试验过程中，轴承转动带动小转盘旋转，通过观察小转盘上的角度刻度标识可直观地看出当前的扭转角度，便于对当前试验情况的实时观测。
[0043]进一步地，本专利技术的夹具组件由2个上下盖合的不封闭式半圆柱筒夹具组成，便于土体试样的安装与拆卸。
[0044]进一步地，本专利技术的不封闭式半圆柱筒夹具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土体拉压扭特性分析的试验装置，其特征在于，包括底座，所述底座上设置有试样单元和动力单元；所述试样单元包括夹具组件以及固定在所述底座上的直线导轨(8)；所述直线导轨(8)上从前到后依次设置有均能沿其轴向滑动的滑块Ⅰ(13
‑
1)和滑块Ⅱ(13
‑
2)；所述动力单元包括伺服电机(1)、拉扭传感器(9)和轴承(6)；所述伺服电机(1)轴向方向上连接在固定在所述底座上的减速机(2)的一端；所述减速机(2)的另一端通过联轴器(4)与所述轴承(6)的一侧相连，所述轴承(6)通过轴座(5)固定在所述底座上；所述拉扭传感器(9)通过底板Ⅰ(10
‑
1)与所述滑块Ⅰ(13
‑
1)相连；所述拉扭传感器(9)的一端连接有平行式电动缸(11)，所述平行式电动缸(11)通过底板Ⅱ(10
‑
2)与所述滑块Ⅱ(13
‑
2)相连；所述轴承(6)的另一侧与所述拉扭传感器(9)的另一端分别连接有一个夹具组件；所述伺服电机(1)、所述减速机(2)、所述联轴器(4)、所述轴承(6)、所述夹具组件、所述拉扭传感器(9)和所述平行式电动缸(11)的中心均在同一水平轴线上。2.根据权利要求1所述的一种土体拉压扭特性分析的试验装置，其特征在于，还包括梯形支架Ⅰ(14
‑
1)，矩形支架Ⅰ(14
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2)，矩形支架Ⅱ(14
‑
3)，矩形支架Ⅲ(14
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4)，梯形支架Ⅱ(14
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5)；所述梯形支架Ⅰ(14
‑
1)设置在所述底座与所述减速机(2)之间，用于支撑所述减速机(2)；所述矩形支架Ⅰ(14
‑
2)设置在所述底座与所述轴座(5)之间，用于支撑所述轴座(5)；所述矩形支架Ⅱ(14
‑
3)和所述矩形支架Ⅲ(14
‑
4)依次设置在所述底板Ⅰ(10
‑
1)和所述拉扭传感器(9)之间，所述拉扭传感器(9)的前端固定在所述矩形支架Ⅱ(14
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3)上，所述拉扭传感器(9)的后端固定在所述矩形支架Ⅲ(14
‑
4)上；所述梯形支架Ⅱ(14
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，刘彤，张健卫，刘世强，李聚强，郭家，李晓思，陈柄帆，牟宝磊，邵登峰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：