專利名稱：一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種力學(xué)特性試驗(yàn)設(shè)備，尤其適用于研究水工建(構(gòu))筑物中水下土與結(jié)構(gòu)的界面力學(xué)特性的一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
目前對(duì)土 -結(jié)構(gòu)相互作用問題的研究，主要是通過物理試驗(yàn)的方法研究相應(yīng)條件下土 -結(jié)構(gòu)界面基本力學(xué)性能，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立描述界面力學(xué)特性的本構(gòu)模型或?qū)σ延心Ｐ瓦M(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。因此所采用的試驗(yàn)儀器就至關(guān)重要。國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)土-結(jié)構(gòu)界面性能的試驗(yàn)儀器進(jìn)行了研究，目前廣泛應(yīng)用的儀器包括直剪儀、單剪儀兩大類。由于土的種類繁多，物理性質(zhì)復(fù)雜多樣，因此土與結(jié)構(gòu)相互作用的研究也具有很強(qiáng)的針對(duì)性。如張嘎等人在“巖土工程學(xué)報(bào)” 2003年3月，第25卷，第2期，P149-153上的“大型土與結(jié)構(gòu)接觸面循環(huán)加載剪切儀”研究粗粒土與結(jié)構(gòu)界面的力學(xué)性能。周國慶等人在“中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)”2001年3月，第30卷，第2期，P118-121上的超高壓直殘剪試驗(yàn)系統(tǒng)研究深部土 -結(jié)構(gòu)接觸面的力學(xué)特性。對(duì)于水工結(jié)構(gòu)，其土與結(jié)構(gòu)界面始終處于浸水條件下，目前的試驗(yàn)儀器難以模擬浸水條件下土與結(jié)構(gòu)界面的實(shí)際力學(xué)行為。常規(guī)的界面剪切儀試樣尺寸較小，并且無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力路徑下的界面力學(xué)響應(yīng)。這些缺陷都限制了土與水工結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面的剪切試驗(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置借助于電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)作為主機(jī)框架，主要由固定機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、土料盒、加載系統(tǒng)以及測(cè)量系統(tǒng)組成。將設(shè)計(jì)好的土料裝入固定于水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的土料盒中，將結(jié)構(gòu)試塊安裝在電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)的上夾頭，通過豎向加載系統(tǒng)施加法向應(yīng)力，通過水平加載系統(tǒng)可再現(xiàn)常法向應(yīng)力及復(fù)雜應(yīng)力路徑下的水下土與結(jié)構(gòu)界面的剪切力學(xué)行為。界面剪切試驗(yàn)中法向力和剪切力通過荷載傳感器測(cè)得，結(jié)構(gòu)試樣頂面布置的豎向位移計(jì)測(cè)量試驗(yàn)中界面的法向位移，布置在土料盒兩側(cè)的水平位移計(jì)測(cè)量試驗(yàn)中的剪切位移。本實(shí)用新型是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置，該剪切試驗(yàn)裝置包括固定機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、土料盒、加載系統(tǒng)，其特征是整個(gè)試驗(yàn)裝置借助于電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)作為主機(jī)框架；通過螺栓將連接工字鋼固定于試驗(yàn)機(jī)的底座，所述的連接工字鋼上有支撐底板，支撐底板上焊接有導(dǎo)軌；由滾輪和水平移動(dòng)底板組成的水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)置于導(dǎo)軌上；所述的水平移動(dòng)底板上通過螺栓固定有包括角鋼外框架和有機(jī)玻璃盒子組成的土料盒；結(jié)構(gòu)試塊通過連接構(gòu)件固定在電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)的上夾頭；水平作動(dòng)器通過支架固定在支撐底板上，通過水平荷載傳感器與水平移動(dòng)底板連接在一起；水平位移傳感器、豎向位移傳感器、水平荷載傳感器以及PWS系列電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。[0005]所述的水平移動(dòng)底板、角鋼外框架和有機(jī)玻璃盒子組成的土料盒上均置有水平位移傳感器。所述的結(jié)構(gòu)試塊上置有豎向位移傳感器。所述的角鋼外框架和有機(jī)玻璃盒子組成的土料盒內(nèi)有土料。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是該試驗(yàn)裝置借助于電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)作為主機(jī)框架，且部件之間均通過高強(qiáng)螺栓連接，便于安裝和拆卸，建立該試驗(yàn)系統(tǒng)的成本很低。裝置可以模擬水下土與結(jié)構(gòu)界面的實(shí)際力學(xué)行為，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)其他剪切儀器的功能，其成本比常規(guī)的剪切儀器要低很多。裝置的結(jié)構(gòu)試樣的尺寸最大可以達(dá)到400X400mm，可以方便地制作不同尺寸的結(jié)構(gòu)試樣，以研究試樣尺寸對(duì)界面力學(xué)性能的影響，還可以研究常法向應(yīng)力下的界面的力學(xué)性能，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力路徑下界面的力學(xué)行為。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的側(cè)視圖；圖中1、連接工字鋼，2、支撐底板，3、導(dǎo)軌，4、滾輪，5、水平移動(dòng)底板，6、水平位移傳感器，7、角鋼外框架，8、有機(jī)玻璃盒子，9、結(jié)構(gòu)試塊，10、豎向位移傳感器，11、電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)，12、連接構(gòu)件，13、土料，14、水平荷載傳感器，15、水平作動(dòng)器。16、支架。
具體實(shí)施方式
如圖所示一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置，該剪切試驗(yàn)裝置包括固定機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、土料盒、加載系統(tǒng)，整個(gè)試驗(yàn)裝置借助于電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)11作為主機(jī)框架；通過螺栓將連接工字鋼I固定于試驗(yàn)機(jī)的底座，所述的連接工字鋼上有支撐底板2，支撐底板上焊接有導(dǎo)軌3 ；由滾輪4和水平移動(dòng)底板5組成的水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)置于導(dǎo)軌3上；所述的水平移動(dòng)底板上通過螺栓固定有包括角鋼外框架7和有機(jī)玻璃盒子8組成的土料盒；結(jié)構(gòu)試塊9通過連接構(gòu)件12固定在電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)的上夾頭；水平作動(dòng)器15通過支架16固定在支撐底板2上，通過水平荷載傳感器14與水平移動(dòng)底板5連接在一起；水平位移傳感器6、豎向位移傳感器10、水平荷載傳感器14以及PWS系列電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)11分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。所述的水平移動(dòng)底板5、角鋼外框架7和有機(jī)玻璃盒子8組成的土料盒上均置有水平位移傳感器6。所述的結(jié)構(gòu)試塊9上置有豎向位移傳感器10。所述的角鋼外框架7和有機(jī)玻璃盒子8組成的土料盒內(nèi)有土料13。工作過程在土料盒中裝入土樣，壓實(shí)到設(shè)計(jì)密實(shí)度，將結(jié)構(gòu)試塊9通過連接構(gòu)件12固定在電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)的上夾頭，啟動(dòng)電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)控制上夾頭向下移動(dòng)，使結(jié)構(gòu)試塊9與土樣接觸，在土料盒中注水浸過土與結(jié)構(gòu)試塊9的界面。通過電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)施加界面法向應(yīng)力后，水平移動(dòng)裝置在水平作動(dòng)器15的驅(qū)動(dòng)下在導(dǎo)軌3上做水平運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)土料盒的移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)土與結(jié)構(gòu)試樣的相對(duì)切向運(yùn)動(dòng)。通過控制電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)上夾頭和水平作動(dòng)器15可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力路徑下的界面力學(xué)行為。界面的切向和法向的相對(duì)位移和應(yīng)力通過相應(yīng)的位移和荷載傳感器測(cè)得，通過數(shù)據(jù)采集儀將有關(guān)數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)上，通過有機(jī)玻璃可以觀察水下土與結(jié)構(gòu)界面的變形情形。
權(quán)利要求1.一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置，該剪切試驗(yàn)裝置包括固定機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、土料盒、加載系統(tǒng)，其特征是整個(gè)試驗(yàn)裝置借助于電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)(11)作為主機(jī)框架；通過螺栓將連接工字鋼(I)固定于試驗(yàn)機(jī)的底座，所述的連接工字鋼上有支撐底板(2)，支撐底板上焊接有導(dǎo)軌(3);由滾輪(4)和水平移動(dòng)底板(5)組成的水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)置于導(dǎo)軌(3)上；所述的水平移動(dòng)底板上通過螺栓固定有包括角鋼外框架(7)和有機(jī)玻璃盒子(8)組成的土料盒；結(jié)構(gòu)試塊(9)通過連接構(gòu)件(12)固定在電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)的上夾頭；水平作動(dòng)器(15)通過支架(16)固定在支撐底板(2)上，通過水平荷載傳感器(14 )與水平移動(dòng)底板(5 )連接在一起；水平位移傳感器(6 )、豎向位移傳感器(10)、水平荷載傳感器(14)以及電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)(11)分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置，其特征是所述的水平移動(dòng)底板(5)、角鋼外框架(7)和有機(jī)玻璃盒子(8)組成的土料盒上均置有水平位移傳感器(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置，其特征是所述的結(jié)構(gòu)試塊(9)上置有豎向位移傳感器(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置，其特征是所述的角鋼外框架(7)和有機(jī)玻璃盒子(8)組成的土料盒內(nèi)有土料(13)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種力學(xué)特性試驗(yàn)設(shè)備，尤其適用于研究水工建(構(gòu))筑物中水下土與結(jié)構(gòu)的界面力學(xué)特性的一種觀測(cè)水下土與結(jié)構(gòu)界面力學(xué)特性的剪切試驗(yàn)裝置。裝置包括固定機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、土料盒、加載系統(tǒng)，裝置借助于電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)作為主機(jī)框架。將設(shè)計(jì)好的土料裝入固定于水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的土料盒中，將結(jié)構(gòu)試塊安裝在電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)的上夾頭，通過豎向加載系統(tǒng)施加法向應(yīng)力，通過水平加載系統(tǒng)可再現(xiàn)常法向應(yīng)力及復(fù)雜應(yīng)力路徑下的水下土與結(jié)構(gòu)界面的剪切力學(xué)行為。界面剪切試驗(yàn)中法向力和剪切力通過荷載傳感器測(cè)得，結(jié)構(gòu)試樣頂面布置的豎向位移計(jì)測(cè)量試驗(yàn)中界面的法向位移，布置在土料盒兩側(cè)的水平位移計(jì)測(cè)量試驗(yàn)中的剪切位移。
文檔編號(hào)G01N3/24GK202903619SQ20122053356
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者常虹, 夏軍武, 向小芳, 唐曉祥, 鄭培波 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)