【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土力学试验，特别涉及一种土石混合体多向动态反压单剪试验装置和方法。
技术介绍
1、土石混合体是指第四纪以来形成的，由具有一定工程尺度、强度较高的块石、细粒土体及孔隙构成且具有一定含石量的极端不均匀松散岩土介质系统，是一种由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的粘土和砂组成的地质体。其在我国各个地区广泛分布，交通线路工程、水利水电工程等重大工程无法避免在土石混合体场地中修建，因此工程技术人员面临着众多的土石混合体相关工程难题。
2、由于土石混合体组成不均匀，物理力学性质不同于一般的均质土体，关于土石混合体静动力特性研究尚不完善。主要原因包括：(1)土石混合体粒径分布广泛，常规的室内试验设备无法开展大尺寸试样的研究，存在明显的尺寸效应；(2)常规室内单元体设备无法模拟活动断裂带近场强震的特性，例如方向差异性、多方向性、脉冲特性和非对称性等，不能精准模拟动荷载作用下土石混合体的强度衰减规律和动态特性；(3)静动力模型试验无法直接获取土石混合体的静动力参数，对于工程设计施工中的关键参数无法提供。因此，研究多向荷载作用下的土石混合体力学特性测试装置具有重大的现实意义和科学价值。
3、目前，国内外研究静动力特性时常用静动直剪试验、三轴试验、单剪试验和模型试验等。常规直剪试验和三轴试验不能实现输入近场强震特殊波形，大量学者采用简化方法来开展相关试验，无法在室内试验中考虑近场强震的方向差异性、非对称性、脉冲特性，而近场强震的上述特性已经被大量学者研究证明是影响工程结构破坏的主要因素。由于土石混合体粒径分布广泛
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术旨在提供一种土石混合体多向动态反压单剪试验装置和方法。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一方面，提供一种土石混合体多向动态反压单剪试验装置，包括开孔门架式受力框架、压力室提升系统、多向伺服控制系统、传感器监测系统、围压施加系统、叠环、反压施加系统、饱和固结一体化装置以及计算机；
4、所述开孔门架式受力框架包括机器底座、机器顶板、立柱、抗剪斜拉杆以及水平抗剪筒，所述立柱设置四根且分别设置在所述机器底座的四个顶角，各个立柱的顶部与所述机器顶板下表面的四个顶角相连，形成四面门架式结构；所述抗剪斜拉杆设置四组且与每一面门架式结构的立柱相连；所述水平抗剪筒的顶部与所述机器顶板的下表面相连，所述水平抗剪筒的底部与压力室相连；
5、所述压力室提升系统包括设置在所述机器顶板上的限位装置和升降机，所述限位装置用于对压力室的提升进行限位，所述升降机用于对压力室进行提升；
6、所述多向伺服控制系统包括液压站系统、液压站控制器、三向动态控制器、x水平方向伺服液压缸、y水平方向伺服液压缸、z竖直方向伺服液压缸，所述x水平方向伺服液压缸、y水平方向伺服液压缸以及z竖直方向伺服液压缸用于对所述压力室进行单向或多向地震载荷的独立加载；
7、所述传感器监测系统包括三向六自由度传感器、轴向lvdt和竖向lvdt、孔压传感器、围压传感器；所述三向六自由度传感器用于监控试样受力，所述轴向lvdt和所述竖向lvdt分别用于监测试样轴向和竖向的位移值，所述孔压传感器用于监测试样内部的孔隙水压力，所述围压传感器用于监测压力室内的围压值大小；
8、所述围压施加系统包括压力室、空压机、围压控制器、汽水隔离装置，所述压力室内设有密封圈和试样底座，所述叠环设置在所述压力室内并放置在所述试样底座上，试样设置在所述叠环内；所述空压机分别与所述围压控制器和所述汽水隔离装置相连，所述汽水隔离装置的输出端与所述压力室相连；
9、所述反压施加系统包括相连的无限体积控制器和反压控制器，所述无限体积控制器与所述压力室相连；
10、所述饱和固结一体化装置包括二氧化碳储存罐以及依次相连的蒸馏水制作机、无气水储存罐、真空泵，所述无气水储存罐内设有水位传感器，所述二氧化碳储存罐和所述无气水储存罐分别与所述压力室相连；
11、所述计算机分别与所述压力室提升系统、多向伺服控制系统、传感器监测系统、围压施加系统、反压施加系统相连。
12、作为优选，所述抗剪切斜拉杆包括连接件一、拉杆以及连接件二，所述拉杆设置四根，四根拉杆的一端与所述连接件二相连，另一端与所述立柱相连形成x型。
13、作为优选，所述拉杆与所述连接件一之间以及所述拉杆与所述连接件二之间均铰接相连。
14、作为优选，所述升降机采用电机进行提升。
15、作为优选，还包括与所述开孔门架式受力框架相连的剪切环限位装置。
16、作为优选，所述压力室包括依次相连的箱体座、箱体、箱体盖、压力室本体、压力室顶盖以及压力室法兰，所述压力室顶盖上设有与所述压力室本体相通的通道环。
17、作为优选，所述箱体内设有导轨系统，所述导轨系统的顶部与试样底座相连，用于控制试样在x和y方向的剪切速度。
18、作为优选，还包括击实装置，所述击实装置包括水平限位装置、重锤、固定框架以及导轨，所述重锤悬挂在所述固定框架的顶部，装有试样的叠环设置在所述重锤的正下方；所述水平限位装置设置在所述固定框架的上表面，用于控制试样的位置；所述导轨用于将制作完成的试样移动至目标位置。
19、另一方面，还提供一种土石混合体多向动态反压单剪试验方法，包括以下步骤：
20、s1：通过所述压力室提升装置调整压力室高度，安装叠环并分批次加入土石混合体保证试样均匀且水平，进行轴向力清零；
21、s2：依次进行二氧化碳饱和、水头饱和和反压饱和，待试样完全饱和后施加目标固结压力使得试样固结；
22、s3：对试样施加目标应力，模拟活动断裂带近场强震的特性，采集过程中的实验数据；
23、s4：根据所述实验数据进行处理及分析，土石混合体多向动态反压单剪试验结果。
24、作为优选，步骤s3中，对试样施加目标应力时，通过下式将两条记录到的相互垂直的水平方向地震动分量合成为目标方向：
25、arot(t；θ)＝a1(t)cos(θ)+a2(t)sin(θ) (1)
26、式本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，包括开孔门架式受力框架、压力室提升系统、多向伺服控制系统、传感器监测系统、围压施加系统、叠环、反压施加系统、饱和固结一体化装置以及计算机；
2.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述抗剪切斜拉杆包括连接件一、拉杆以及连接件二，所述拉杆设置四根，四根拉杆的一端与所述连接件二相连，另一端与所述立柱相连形成X型。
3.根据权利要求2所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述拉杆与所述连接件一之间以及所述拉杆与所述连接件二之间均铰接相连。
4.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述升降机采用电机进行提升。
5.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，还包括与所述开孔门架式受力框架相连的剪切环限位装置。
6.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述压力室包括依次相连的箱体座、箱体、箱体盖、压力室本体、压力室顶盖以及压力室法兰，所述压力
7.根据权利要求6所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述箱体内设有导轨系统，所述导轨系统的顶部与试样底座相连，用于控制试样在X和Y方向的剪切速度。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，还包括击实装置，所述击实装置包括水平限位装置、重锤、固定框架以及导轨，所述重锤悬挂在所述固定框架的顶部，装有试样的叠环设置在所述重锤的正下方；所述水平限位装置设置在所述固定框架的上表面，用于控制试样的位置；所述导轨用于将制作完成的试样移动至目标位置。
9.一种土石混合体多向动态反压单剪试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的土石混合体多向动态反压单剪试验方法，其特征在于，步骤S3中，对试样施加目标应力时，通过下式将两条记录到的相互垂直的水平方向地震动分量合成为目标方向：
...【技术特征摘要】
1.一种土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，包括开孔门架式受力框架、压力室提升系统、多向伺服控制系统、传感器监测系统、围压施加系统、叠环、反压施加系统、饱和固结一体化装置以及计算机；
2.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述抗剪切斜拉杆包括连接件一、拉杆以及连接件二，所述拉杆设置四根，四根拉杆的一端与所述连接件二相连，另一端与所述立柱相连形成x型。
3.根据权利要求2所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述拉杆与所述连接件一之间以及所述拉杆与所述连接件二之间均铰接相连。
4.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述升降机采用电机进行提升。
5.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，还包括与所述开孔门架式受力框架相连的剪切环限位装置。
6.根据权利要求1所述的土石混合体多向动态反压单剪试验装置，其特征在于，所述压力室包括依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：张迎宾，覃一巧，富海鹰，魏江涛，熊亦翔，张世豪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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