一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置的制造方法
【專利摘要】本文公布了一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，設(shè)置有設(shè)備支架、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)；其中，所述設(shè)備支架設(shè)置有容納待測箱式取樣器的空腔，所述設(shè)備支架的上表面設(shè)置為放置所述定位機(jī)構(gòu)；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述定位機(jī)構(gòu)上，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強(qiáng)度；所述控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有控制電路，所述控制機(jī)構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取所述十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值；本發(fā)明涉及但不限于粘土測試設(shè)備，應(yīng)用本發(fā)明能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)高含水量的軟弱粘土的剪切強(qiáng)度測試，能夠有效保證最終測試結(jié)果的精度。
【專利說明】
一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及但不限于粘土測試設(shè)備，尤其是一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，十字板剪切試驗，是一種用十字板測定飽和軟粘性土不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度的試驗，其屬于原狀強(qiáng)度測試中的一種;具體將十字板頭由鉆孔壓入孔底軟土中，以均勻的速度轉(zhuǎn)動，通過一定的測量系統(tǒng)，測得其轉(zhuǎn)動時所需之力矩，直至土體破壞，從而計算出土的抗剪強(qiáng)度。上述具體測試過程中，待測粘性土需提供足夠的支撐反力，才能保證測試順利進(jìn)行。
[0003]目前，在海洋深水環(huán)境下，淺土層均為高含水量的軟弱粘土，該類土的剪切強(qiáng)度是深水巖土工程勘察中一個需要確定的重要力學(xué)指標(biāo)。然而，上述剪切強(qiáng)度的具體測試過程中，淺層軟弱粘土的抗剪強(qiáng)度并不能夠為常規(guī)原位十字板剪切試驗的測試裝備提供足夠的支撐反力；因此，現(xiàn)有技術(shù)中的十字板剪切實驗設(shè)備并不能夠?qū)崿F(xiàn)上述淺土層的剪切強(qiáng)度測量。
[0004]基于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也嘗試通過其他方式測量上述高含水量的軟弱粘土；具體通過塑料管從箱式取樣器中套取一定管柱的待測粘土，通過塑料管的管壁限制粘土以避免產(chǎn)生大范圍的流動，進(jìn)而在塑料管內(nèi)測得上述待測粘土的剪切強(qiáng)度;上述測試過程為存在有如下缺點:測試為人工逐點測試，且僅能記錄剪切強(qiáng)度的峰值，不能實現(xiàn)連續(xù)追蹤測試;測試為豎直定向測試，不能實現(xiàn)水平定位，以及不能實現(xiàn)同一平面的多點測試，測試結(jié)果誤差大;塑料管的管柱取樣操作涉及有二次取樣操作，對待測粘土的擾動性大，影響最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請解決的技術(shù)問題是提供一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)高含水量的軟弱粘土的剪切強(qiáng)度測試，能夠有效保證最終測試結(jié)果的精度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，設(shè)置有設(shè)備支架、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu);其中，
[0007]所述設(shè)備支架設(shè)置有容納待測箱式取樣器的空腔，所述設(shè)備支架的上表面設(shè)置為放置所述定位機(jī)構(gòu)；
[0008]所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述定位機(jī)構(gòu)上，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強(qiáng)度；
[0009]所述定位機(jī)構(gòu)設(shè)置有水平定位結(jié)構(gòu)和豎直定位結(jié)構(gòu)，所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的水平定位;所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的豎直定位；
[0010]所述控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有控制電路，所述控制機(jī)構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取所述十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值。
[0011 ]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0012]所述設(shè)備支架設(shè)置為鋼架結(jié)構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置為放置所述定位機(jī)構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的中間腔體設(shè)置為容納待測箱式取樣器;測試過程中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置為，通過所述定位機(jī)構(gòu)，沿所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面，進(jìn)入所述中間腔體放置的待測箱式取樣器中。
[0013]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0014]所述設(shè)備支架設(shè)置有調(diào)平結(jié)構(gòu)，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置為調(diào)平螺栓，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述鋼架結(jié)構(gòu)的底部。
[0015]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0016]所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動電機(jī)，所述十字板測試組件設(shè)置有連桿、十字板;其中，所述連桿的頂端設(shè)置為連接所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸端，所述連桿的底端設(shè)置為連接所述十字板;所述驅(qū)動電機(jī)的正轉(zhuǎn)設(shè)置為測試粘土的原狀剪切強(qiáng)度、擾動強(qiáng)度，所述驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)設(shè)置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。
[0017]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0018]所述驅(qū)動電機(jī)設(shè)置為安裝在所述定位機(jī)構(gòu)的豎直定位結(jié)構(gòu)中，并設(shè)置為帶動所述十字板測試組件，隨同所述定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位操作。
[0019]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0020]所述十字板測試組件設(shè)置有傳感器，所述傳感器設(shè)置為實時檢測所述十字板所受扭矩值并輸送給所述控制電路;所述控制電路設(shè)置為，接收存儲所述傳感器的檢測扭矩值，并顯示于所述控制電路所連接的顯示器上。
[0021 ]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0022]所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有相互垂直的第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組設(shè)置在所述設(shè)備支架的上表面，所述第二導(dǎo)軌組設(shè)置在所述第一導(dǎo)軌組的上方，所述第一導(dǎo)軌組、第二導(dǎo)軌組均設(shè)置有兩個平行設(shè)置的單軌；
[0023]所述第二導(dǎo)軌組的下表面設(shè)置有第一滑槽，所述第一滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第一導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述第二導(dǎo)軌組，沿所述第一導(dǎo)軌組滑動；
[0024]所述第二導(dǎo)軌組的上表面設(shè)置有支撐板，所述支撐板設(shè)置為連接支撐所述豎直定位結(jié)構(gòu);所述支撐板的下表面設(shè)置為第二滑槽，所述第二滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第二導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述支撐板，沿所述第二導(dǎo)軌組滑動；
[0025]所述第一滑槽與所述第二滑槽的側(cè)面均設(shè)置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設(shè)置為固定所述第二導(dǎo)軌組以及所述支撐板的水平位置。
[0026]上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，還可具有如下特點，
[0027]所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有第三導(dǎo)軌組和定位圓盤，所述定位圓盤的轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有齒輪結(jié)構(gòu)，所述第三導(dǎo)軌組相應(yīng)設(shè)置有齒條結(jié)構(gòu);所述定位圓盤的轉(zhuǎn)動動作，設(shè)置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿所述第三導(dǎo)軌組的豎直滑動動作；
[0028]所述定位圓盤與所述第三導(dǎo)軌組之間設(shè)置有滑套;所述滑套設(shè)置為，套設(shè)在所述第三導(dǎo)軌組外側(cè)，連接所述定位圓盤，限制所述定位圓盤脫離所述第三導(dǎo)軌組，以及隨同所述定位圓盤豎直滑動；
[0029]所述滑套的外側(cè)還連接有電機(jī)托板，所述電機(jī)托板設(shè)置為安裝所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī);所述第三導(dǎo)軌組還設(shè)置有數(shù)值標(biāo)尺，所述豎直標(biāo)尺設(shè)置在驅(qū)動電機(jī)一側(cè)，所述豎直標(biāo)尺設(shè)置為觀測所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的下降距離。
[0030]本申請上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0031]本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，能夠有效解決陸上常規(guī)十字板剪切裝置無法直接測試深水淺層軟弱粘土不排水抗剪強(qiáng)度的缺陷;通過將箱式取樣器直接置于裝置底部，能夠?qū)崿F(xiàn)直接對箱中待測軟粘土進(jìn)行測試，能夠有效規(guī)避現(xiàn)有十字板剪切強(qiáng)度測試方法中需用取樣管進(jìn)行“二次取樣”的步驟，減小土樣的擾動，使測試結(jié)果更為真實地反映軟粘土在海床中力學(xué)狀態(tài);通過轉(zhuǎn)角-強(qiáng)度曲線圖形實時顯示軟弱粘土的強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)角的變化過程，使得測試結(jié)果更加直觀，并能夠得出連續(xù)的變化過程，為后期的監(jiān)測分析提供全面的數(shù)據(jù)。
[0032]另外，除了能夠進(jìn)行海洋深水的剪切強(qiáng)度試驗外，本申請還可以進(jìn)行軟弱粘土的靈敏度和觸變性試驗，能夠有效提高本申請的適用廣泛性:并能夠通過在完成原狀強(qiáng)度測試后，控制電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動使軟弱粘土完全擾動，并進(jìn)行相應(yīng)的擾動強(qiáng)度，能夠有效地規(guī)避人工擾動土樣導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)離散性大、測試結(jié)果不客觀的缺陷。
[0033]本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明實施例而了解。本申請的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0034]附圖用來提供對本申請技術(shù)方案的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本申請技術(shù)方案的限制。
[0035]圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)不意圖一；
[0036]圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0037]圖3為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0038]圖4為本發(fā)明實施例的剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下文中將結(jié)合附圖對本申請的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0040]結(jié)合圖1、圖2以及圖3所示，
[0041]本發(fā)明實施例提供了一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，可以設(shè)置有設(shè)備支架1、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu);其中，設(shè)備支架I設(shè)置有容納待測箱式取樣器3的空腔，設(shè)備支架I的上表面設(shè)置為放置定位機(jī)構(gòu);驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在定位機(jī)構(gòu)上，驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強(qiáng)度;定位機(jī)構(gòu)設(shè)置有水平定位結(jié)構(gòu)和豎直定位結(jié)構(gòu)，水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)十字板測試組件在待測箱式取樣器3中的水平定位;豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)十字板測試組件在待測箱式取樣器3中的豎直定位;控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有控制電路，控制機(jī)構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值。
[0042]具體操作中，可通過上述控制機(jī)構(gòu)，控制安裝在定位機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動機(jī)構(gòu)啟動，并進(jìn)行相應(yīng)粘土的剪切強(qiáng)度測試;十字板測試組件的測試過程中，通過控制電路實施上傳扭矩值，控制電路同時采集其控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)的相應(yīng)轉(zhuǎn)角;通過控制電路獲取的轉(zhuǎn)角值以及扭矩值，并生成相應(yīng)的曲線，最終完成上述剪切強(qiáng)度測試;需要說的是，本申請上述技術(shù)方案最終得出的測試曲線為連續(xù)曲線，能夠有效的反映出從測試初期到測試峰值之間的粘土性能連續(xù)變化值，能夠為后期的粘土性能處理分析提供充分完善的資料;本申請上述技術(shù)方案僅通過一次取樣，即箱式取樣器的取樣操作，即可完成最終測試操作;能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的二次取樣所帶來的擾動；能夠較好的適用于高含水量的軟弱粘土，能夠?qū)崿F(xiàn)最終的精確測試操作。
[0043]為了能夠優(yōu)化相應(yīng)的設(shè)備支架I，本發(fā)明上述方案中的設(shè)備支架I可以設(shè)置為鋼架結(jié)構(gòu)，鋼架結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置為放置定位機(jī)構(gòu)，鋼架結(jié)構(gòu)的中間腔體設(shè)置為容納待測箱式取樣器3;測試過程中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置為，通過定位機(jī)構(gòu)，沿鋼架結(jié)構(gòu)的上表面，進(jìn)入中間腔體放置的待測箱式取樣器3中。優(yōu)選地，設(shè)備支架I還可設(shè)置有調(diào)平結(jié)構(gòu)2，調(diào)平結(jié)構(gòu)2設(shè)置為調(diào)平螺栓，調(diào)平結(jié)構(gòu)2設(shè)置在鋼架結(jié)構(gòu)的底部。
[0044]具體操作中，可通過上述鋼架結(jié)構(gòu)中預(yù)設(shè)的中間腔體放置待測箱式取樣器3，進(jìn)而驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過腔體上方進(jìn)入所述待測箱式取樣器3中，以進(jìn)行相應(yīng)的測試操作；測試完成后，將上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)退回初始位置，并將箱式取樣器退出至所述中間腔體外側(cè)即可；另外，通過上述調(diào)平螺栓能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備支架I的位置調(diào)整，能夠有效保證其上方所安裝的驅(qū)動機(jī)構(gòu)處于豎直狀態(tài)，能夠有效保證最終測試的精確度。
[0045]為了能夠優(yōu)化相應(yīng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，本發(fā)明上述方案中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動電機(jī)9，十字板測試組件設(shè)置有連桿、十字板11;其中，連桿的頂端設(shè)置為連接驅(qū)動電機(jī)9的輸出軸端，連桿的底端設(shè)置為連接十字板;其中，驅(qū)動電機(jī)9的正轉(zhuǎn)設(shè)置為測試粘土的原狀剪切強(qiáng)度、擾動強(qiáng)度，驅(qū)動電機(jī)9的正反轉(zhuǎn)設(shè)置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。優(yōu)選地，驅(qū)動電機(jī)9設(shè)置為安裝在定位機(jī)構(gòu)的豎直定位結(jié)構(gòu)中，并設(shè)置為帶動十字板測試組件，隨同定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位操作。優(yōu)選地，十字板測試組件設(shè)置有傳感器，傳感器設(shè)置為實時檢測十字板所受扭矩值并輸送給控制電路;控制電路設(shè)置為，接收存儲傳感器的檢測扭矩值，并顯示于控制電路所連接的顯示器上。其中，上述傳感器可設(shè)置在連桿的頂端，如圖中標(biāo)號10處；相應(yīng)的，也可設(shè)置在連桿的底端，具體的設(shè)置位置以能夠?qū)崿F(xiàn)十字板的所受扭矩檢測為準(zhǔn)。
[0046]具體操作中，可通過上述控制電路控制驅(qū)動電機(jī)9正轉(zhuǎn)啟動，并通過連桿帶動十字板一同轉(zhuǎn)動;上述十字板在粘土中的轉(zhuǎn)動過程中，完成相應(yīng)的剪切強(qiáng)度測試操作。當(dāng)需要進(jìn)行測試粘土的擾動土樣的擾動強(qiáng)度時，通過控制電路控制驅(qū)動電機(jī)9正轉(zhuǎn)啟動并對土樣進(jìn)行擾動，完成該方向的擾動后;控制驅(qū)動電機(jī)9反轉(zhuǎn)，并對土樣進(jìn)行另一方向擾動，完成該方向的擾動后，此時擾動土樣已具備測量擾動強(qiáng)度的條件；后續(xù)的測量操作與測量剪切強(qiáng)度的步驟相同，最終可得出土樣的擾動強(qiáng)度。
[0047]為了能夠優(yōu)化相應(yīng)的定位機(jī)構(gòu)，本發(fā)明上述方案中的水平定位結(jié)構(gòu)可以設(shè)置有相互垂直的第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組4，第一導(dǎo)軌組設(shè)置在設(shè)備支架I的上表面，第二導(dǎo)軌組4設(shè)置在第一導(dǎo)軌組的上方，第一導(dǎo)軌組、第二導(dǎo)軌組4均設(shè)置有兩個平行設(shè)置的單軌;第二導(dǎo)軌組4的下表面設(shè)置有第一滑槽，第一滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝第一導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)第二導(dǎo)軌組4，沿第一導(dǎo)軌組滑動;第二導(dǎo)軌組4的上表面設(shè)置有支撐板5，支撐板5設(shè)置為連接支撐豎直定位結(jié)構(gòu);支撐板5的下表面設(shè)置為第二滑槽，第二滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝第二導(dǎo)軌組4，并設(shè)置為引導(dǎo)支撐板5，沿第二導(dǎo)軌組4滑動。
[0048]具體操作中，可通過上述第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組4的配合滑動，實現(xiàn)待測粘土的水平面的任意點定位；同時，上述導(dǎo)軌優(yōu)選設(shè)置為SBR導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，能夠有效避免測試過程中沉入進(jìn)入滑軌中所引起的定位誤差或者傾斜等。通過上述支撐板5在第二導(dǎo)軌組4上的滑動，能夠?qū)崿F(xiàn)該滑動方向的定位;通過第二導(dǎo)軌組4在第一導(dǎo)軌組上的滑動，能夠?qū)崿F(xiàn)該滑動方向的定位;基于此，即可實現(xiàn)水平面的任意點定位。
[0049]優(yōu)選地，上述第一滑槽與第二滑槽的側(cè)面均可以設(shè)置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設(shè)置為固定所述第二導(dǎo)軌組4以及所述支撐板5的水平位置。具體操作中，當(dāng)通過第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組4確定好水平定位結(jié)構(gòu)的水平位置后，即可鎖緊上述兩處位置的鎖緊螺母，進(jìn)而實現(xiàn)當(dāng)前水平位置的鎖定，以限制在測試過程中，水平定位結(jié)果發(fā)生偏移誤差;上述鎖緊螺母的設(shè)置能夠有效保證測試過程的穩(wěn)定性。
[0050]相應(yīng)的，豎直定位結(jié)構(gòu)也可以設(shè)置有第三導(dǎo)軌組6和定位圓盤7，定位圓盤7的轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有齒輪結(jié)構(gòu)，第三導(dǎo)軌組6相應(yīng)設(shè)置有齒條結(jié)構(gòu);定位圓盤7的轉(zhuǎn)動動作，設(shè)置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿第三導(dǎo)軌組6的豎直滑動動作;定位圓盤7與第三導(dǎo)軌組6之間設(shè)置有滑套13;滑套13設(shè)置為，套設(shè)在第三導(dǎo)軌組6外側(cè)，連接定位圓盤7，限制定位圓盤7脫離第三導(dǎo)軌組6，以及隨同定位圓盤7豎直滑動;滑套的外側(cè)還連接有電機(jī)托板，電機(jī)托板設(shè)置為安裝驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)9。
[0051]具體操作中，可通過上述定位圓盤7轉(zhuǎn)動，通過滑套以及齒輪齒條結(jié)構(gòu)的配合，以實現(xiàn)定位圓盤7沿所述第三導(dǎo)軌組6的下降操作；需要說明的是，上述豎直定位結(jié)構(gòu)也可以選擇滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述豎直方向上的定位操作，具體原理此處不再贅述。優(yōu)選地，定位圓盤7沿環(huán)向等間距設(shè)置分位孔12，用于控制定位圓盤7旋轉(zhuǎn)周數(shù)。本申請上述技術(shù)方案通過所述豎向定位結(jié)構(gòu)通過齒輪與齒狀結(jié)構(gòu)的咬合，控制豎向定位結(jié)構(gòu)的升降操作;并與水平定位結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成三維定位系統(tǒng)，實現(xiàn)測量位置的三維定位。
[0052]優(yōu)選地，上述豎直定位結(jié)構(gòu)中，第三導(dǎo)軌組6還設(shè)置有數(shù)值標(biāo)尺，所述豎直標(biāo)尺設(shè)置在所述驅(qū)動電機(jī)9 一側(cè)，所述豎直標(biāo)尺設(shè)置為觀測所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的下降距離;定位圓盤7的邊緣設(shè)置有25個開孔，與齒輪的齒數(shù)相配合，旨在通過開孔轉(zhuǎn)動直觀體現(xiàn)出轉(zhuǎn)軸處齒輪的轉(zhuǎn)動操作;其中，相鄰兩個開孔之間的豎向定位間距為3mm; S卩，定位圓盤7將當(dāng)前孔轉(zhuǎn)動相鄰孔位置時，驅(qū)動機(jī)構(gòu)上升或者下降3mm。上述數(shù)值標(biāo)尺能夠便于實驗者的實驗操作，能夠?qū)崿F(xiàn)定位數(shù)值的快速讀取，能夠有效提高測試的整體效率。
[0053]優(yōu)選地，定位圓盤7還可以連接有轉(zhuǎn)動手柄8，轉(zhuǎn)動手柄8的端部設(shè)置有卡頭，所述卡頭可所述定位圓盤7邊緣的孔相嵌合;豎直定位操作完成后，所述卡頭設(shè)置為嵌入到所述定位圓盤7邊緣的孔中，以固定所述定位圓盤7防止其轉(zhuǎn)動。當(dāng)在進(jìn)行豎向定位時，操作者手握轉(zhuǎn)動與定位圓盤7連接的手柄，順時針旋轉(zhuǎn)向上移動，逆時針旋轉(zhuǎn)向下移動。電機(jī)托盤的左側(cè)的數(shù)值標(biāo)尺，操作時通過觀察指針指示的刻度確定豎向測量位置，待指針指示達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的刻度后，將轉(zhuǎn)動搖柄端部卡頭嵌入花盤定位孔中即可。
[0054]為了優(yōu)化相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)，本申請上述方案中的控制機(jī)構(gòu)可通過如下方案實現(xiàn):
[0055]控制機(jī)構(gòu)設(shè)置為驅(qū)動電機(jī)提供輸入控制信號，并通過調(diào)整控制信號的輸入速率和信號正負(fù)符號，實現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的調(diào)整，驅(qū)動電機(jī)由控制機(jī)在終端控制其轉(zhuǎn)向及(0.0I?3600)度/秒?yún)^(qū)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)；
[0056]控制電路連接有控制信號發(fā)生裝置，其設(shè)置為提供控制信號，并通過控制電路控制該發(fā)生裝置生成控制信號的頻率和形式；
[0057]控制電路連接有傳感器信號調(diào)節(jié)裝置，其設(shè)置為對測量傳感器輸出的電信號進(jìn)行必要的濾波和放大，并根據(jù)不同型號的十字板測頭相互配合使用，以保證不同量程測試結(jié)果的精度;其中，傳感器量程為0-±3N.m，精度為0.3%，靈敏度為2mv/V;
[0058]控制電路連接有測量信號采集裝置，其設(shè)置是將傳感器信號調(diào)節(jié)裝置處理后的傳感器電信號進(jìn)行采集，并以數(shù)字量的形式傳輸至控制機(jī)；
[0059]控制電路所連接的控制機(jī)，設(shè)置為對上述數(shù)字量形式的測試結(jié)果進(jìn)行換算、存儲，并將整個剪切試驗中軟弱粘土剪切強(qiáng)度隨時間的連續(xù)變化過程，以圖形方式實時顯示至屏幕上。
[0060]優(yōu)選地，上述傳感器信號調(diào)節(jié)裝置、控制信號發(fā)生裝置以及測量信號采集裝置，均集成于抗干擾能力強(qiáng)的的機(jī)箱內(nèi)。
[0061]圖4僅為本發(fā)明實施例的剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線示意圖；僅供本領(lǐng)域技術(shù)人員參考。如圖4所示，窗口右邊的Su/kPa下面的文本框中顯示的縱坐標(biāo)值，即為十字板試驗測得的剪切強(qiáng)度，具體為11.6KPa。相關(guān)參數(shù)設(shè)置為，測試時間150秒，測試速率為0.1度/秒，十字板頭量程為0_40KPa。
[0062]需要說明的是，本申請中，十字板處設(shè)置的傳感器，其檢測十字板所受扭矩，并通過相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換放大等操作，最終轉(zhuǎn)換成圖4中顯示的剪切強(qiáng)度值;上述信號檢測轉(zhuǎn)換均屬于本領(lǐng)域中常見的信號檢測操作，故，具體的信號檢測轉(zhuǎn)換不再贅述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本技術(shù)方案的上述提示，在具體實施過程中，可以選擇任意類型的傳感器，以能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩檢測的功能為準(zhǔn);其中，具體選用何種類型的傳感器不受本專利所保護(hù)。上述信號的檢測等操作可通過控制電路實現(xiàn)，其組成均屬于本領(lǐng)域常用的電器元件;另外，上述控制電路結(jié)構(gòu)中并不涉及軟件程序的改進(jìn)。
[0063]本發(fā)明實施例還提供了一種應(yīng)用于上述箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置的測試方法，具體可以包括如下步驟:
[0064]步驟a:定位操作；
[0065]水平定位操作，通過水平定位結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件定位到，待測箱式取樣器中的待測點正上方；當(dāng)完成水平定位操作后，鎖緊水平定位結(jié)構(gòu);進(jìn)而，豎直定位操作，通過豎直定位機(jī)構(gòu)，將驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件定位到，待測箱式取樣器中的待測深度處;當(dāng)完成豎直定位操作后，鎖緊豎直定位結(jié)構(gòu)；
[0066]步驟b:剪切強(qiáng)度測量操作；
[0067]通過控制電路控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)角度值;在轉(zhuǎn)動過程中，通過控制電路實時采集十字板所受扭矩值，并結(jié)合相應(yīng)轉(zhuǎn)動角度值，輸出顯示剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖；當(dāng)曲線圖中峰值出現(xiàn)I分鐘后，停止實驗并確定該峰值為待測粘土的剪切強(qiáng)度值。
[0068]優(yōu)選地，上述操作還包括同一待測點的不同深度的剪切強(qiáng)度測量操作；
[0069]當(dāng)完成待測點的第一待測深度處的剪切強(qiáng)度測量后，將豎直定位結(jié)構(gòu)解鎖，并通過豎直定位結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件下降定位至第二待測深度處；當(dāng)完成豎直定位操作后，鎖緊豎直定位機(jī)構(gòu);重復(fù)步驟b，測量第二待測深度處的剪切強(qiáng)度值;其中，第一待測深度位于第二待測深度的上方。
[0070]需要說明的是，當(dāng)需要測量同一個待測點的多個待測深度，重復(fù)上述步驟，重新定位不同的待測深度即可;上述測量過程，需從最高處的待測深度測量，逐次下降測量相應(yīng)的待測深度，上述測量能夠有效避免當(dāng)前測量操作造成后續(xù)測量的擾動情況。
[0071]優(yōu)選地，上述操作還包括同一待測深度處的多個待測點的剪切強(qiáng)度測量操作；具體為:
[0072]當(dāng)完成第一待測點的剪切強(qiáng)度測量后，將豎直定位結(jié)構(gòu)解鎖，并退回至初始位置；進(jìn)而將水平定位結(jié)構(gòu)解鎖，并通過水平定位結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件定位到第二待測點正上方；當(dāng)完成水平定位操作后，鎖緊水平定位結(jié)構(gòu);重復(fù)步驟a中的豎直定位操作，完成豎直定位操作;進(jìn)而，重復(fù)步驟b，測量第二待測點的剪切強(qiáng)度值。需要說明的是，測量第三待測點、第四待測點…等等，參照上述定位操作即可，此處不再贅述。
[0073]優(yōu)選地，還包括，步驟c:擾動強(qiáng)度測量操作；
[0074]通過控制電路控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)圈數(shù)，以完成正轉(zhuǎn)方向的土樣擾動；當(dāng)完成正轉(zhuǎn)方向的土樣擾動后，控制驅(qū)動電機(jī)停止轉(zhuǎn)動;進(jìn)而，通過控制電路控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)圈數(shù)，以完成反轉(zhuǎn)方向的土樣擾動；當(dāng)完成反轉(zhuǎn)方向的土樣擾動后，控制驅(qū)動電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；
[0075]通過控制電路控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)角度值;在轉(zhuǎn)動過程中，通過控制電路實時采集十字板所受扭矩值，并結(jié)合相應(yīng)轉(zhuǎn)動角度值，輸出顯示剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖；當(dāng)曲線圖中峰值出現(xiàn)I分鐘后，停止實驗并確定該峰值為待測粘土的擾動強(qiáng)度值。
[0076]需要說明的是，本申請所涉及的原位強(qiáng)度，具體為海床上(例如，1000米以下，并且承受水壓的情況下)直接進(jìn)行的測量的剪切強(qiáng)度，并未涉及箱式取樣器的取樣操作;所涉及的原狀剪切強(qiáng)度，具體為通過箱式取樣器從海床上進(jìn)行取樣后，在箱式取樣器中進(jìn)行的測量剪切強(qiáng)度操作;所涉及的擾動強(qiáng)度，具體為通過箱式取樣器從海床上進(jìn)行取樣后，在箱式取樣器中進(jìn)行的測量擾動強(qiáng)度操作。
[0077]本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，能夠有效解決陸上常規(guī)十字板剪切裝置無法直接測試深水淺層軟弱粘土不排水抗剪強(qiáng)度的缺陷;通過將箱式取樣器直接置于裝置底部，能夠?qū)崿F(xiàn)直接對箱中待測軟粘土進(jìn)行測試，能夠有效規(guī)避現(xiàn)有十字板剪切強(qiáng)度測試方法中需用取樣管進(jìn)行“二次取樣”的步驟，減小土樣的擾動，使測試結(jié)果更為真實地反映軟粘土在海床中力學(xué)狀態(tài);通過轉(zhuǎn)角-強(qiáng)度曲線圖形實時顯示軟弱粘土的強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)角的變化過程，使得測試結(jié)果更加直觀，并能夠得出連續(xù)的變化過程，為后期的監(jiān)測分析提供全面的數(shù)據(jù);通過在水平定位結(jié)構(gòu)中設(shè)置滑槽結(jié)果，以能夠具有低阻力、高剛性、高精度、運行平穩(wěn)的特點，并有效解決測試過程塵土進(jìn)入定位系統(tǒng)引起定位困難的問題，且能夠適用于高酸堿、高潮濕的海上惡劣作業(yè)環(huán)境;通過在豎向定位裝置采用定位圓盤結(jié)構(gòu)，并且沿環(huán)向設(shè)置等間距分位孔，通過控制分位孔的數(shù)量，可實現(xiàn)不同精度的豎向定位;在豎向定位時，通過控制定位圓盤的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)豎向的便捷定位以及精準(zhǔn)定位;通過將傳感器信號放大裝置、控制信號發(fā)生裝置以及測量信號采集裝置集成于抗干擾能力強(qiáng)的的機(jī)箱內(nèi)，并通過控制器及驅(qū)動器隔離設(shè)置，有效地減少驅(qū)動器強(qiáng)電系統(tǒng)對測試過程中各類信號的干擾，進(jìn)而保證測試數(shù)據(jù)的真實和完整;除了能夠進(jìn)行海洋深水的剪切強(qiáng)度試驗外，本申請還可以進(jìn)行軟弱粘土的靈敏度和觸變性試驗，能夠有效提高本申請的適用廣泛性:并能夠通過在完成原狀強(qiáng)度測試后，控制電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動使軟弱粘土完全擾動，并進(jìn)行相應(yīng)的擾動強(qiáng)度，能夠有效地規(guī)避人工擾動土樣導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)離散性大、測試結(jié)果不客觀的缺陷。
[0078]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，雖然本發(fā)明實施例所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容僅為便于理解本發(fā)明實施例而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明實施例。任何本發(fā)明實施例所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明實施例所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細(xì)節(jié)上進(jìn)行任何的修改與變化，但本發(fā)明實施例的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于，設(shè)置有設(shè)備支架、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu);其中， 所述設(shè)備支架設(shè)置有容納待測箱式取樣器的空腔，所述設(shè)備支架的上表面設(shè)置為放置所述定位機(jī)構(gòu)； 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述定位機(jī)構(gòu)上，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強(qiáng)度； 所述定位機(jī)構(gòu)設(shè)置有水平定位結(jié)構(gòu)和豎直定位結(jié)構(gòu)，所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的水平定位;所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的豎直定位； 所述控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有控制電路，所述控制機(jī)構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取所述十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述設(shè)備支架設(shè)置為鋼架結(jié)構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置為放置所述定位機(jī)構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的中間腔體設(shè)置為容納待測箱式取樣器;測試過程中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置為，通過所述定位機(jī)構(gòu)，沿所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面，進(jìn)入所述中間腔體放置的待測箱式取樣器中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述設(shè)備支架設(shè)置有調(diào)平結(jié)構(gòu)，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置為調(diào)平螺栓，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述鋼架結(jié)構(gòu)的底部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動電機(jī)，所述十字板測試組件設(shè)置有連桿、十字板;其中，所述連桿的頂端設(shè)置為連接所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸端，所述連桿的底端設(shè)置為連接所述十字板;所述驅(qū)動電機(jī)的正轉(zhuǎn)設(shè)置為測試粘土的原狀剪切強(qiáng)度、擾動強(qiáng)度，所述驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)設(shè)置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動電機(jī)設(shè)置為安裝在所述定位機(jī)構(gòu)的豎直定位結(jié)構(gòu)中，并設(shè)置為帶動所述十字板測試組件，隨同所述定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位操作。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述十字板測試組件設(shè)置有傳感器，所述傳感器設(shè)置為實時檢測所述十字板所受扭矩值并輸送給所述控制電路;所述控制電路設(shè)置為，接收存儲所述傳感器的檢測扭矩值，并顯示于所述控制電路所連接的顯示器上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有相互垂直的第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組設(shè)置在所述設(shè)備支架的上表面，所述第二導(dǎo)軌組設(shè)置在所述第一導(dǎo)軌組的上方，所述第一導(dǎo)軌組、第二導(dǎo)軌組均設(shè)置有兩個平行設(shè)置的單軌； 所述第二導(dǎo)軌組的下表面設(shè)置有第一滑槽，所述第一滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第一導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述第二導(dǎo)軌組，沿所述第一導(dǎo)軌組滑動； 所述第二導(dǎo)軌組的上表面設(shè)置有支撐板，所述支撐板設(shè)置為連接支撐所述豎直定位結(jié)構(gòu);所述支撐板的下表面設(shè)置為第二滑槽，所述第二滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第二導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述支撐板，沿所述第二導(dǎo)軌組滑動； 所述第一滑槽與所述第二滑槽的側(cè)面均設(shè)置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設(shè)置為固定所述第二導(dǎo)軌組以及所述支撐板的水平位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強(qiáng)度測試裝置，其特征在于， 所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有第三導(dǎo)軌組和定位圓盤，所述定位圓盤的轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有齒輪結(jié)構(gòu)，所述第三導(dǎo)軌組相應(yīng)設(shè)置有齒條結(jié)構(gòu);所述定位圓盤的轉(zhuǎn)動動作，設(shè)置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿所述第三導(dǎo)軌組的豎直滑動動作； 所述定位圓盤與所述第三導(dǎo)軌組之間設(shè)置有滑套;所述滑套設(shè)置為，套設(shè)在所述第三導(dǎo)軌組外側(cè)，連接所述定位圓盤，限制所述定位圓盤脫離所述第三導(dǎo)軌組，以及隨同所述定位圓盤豎直滑動； 所述滑套的外側(cè)還連接有電機(jī)托板，所述電機(jī)托板設(shè)置為安裝所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī);所述第三導(dǎo)軌組還設(shè)置有數(shù)值標(biāo)尺，所述豎直標(biāo)尺設(shè)置在驅(qū)動電機(jī)一側(cè)，所述豎直標(biāo)尺設(shè)置為觀測所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的下降距離。
【文檔編號】G01N3/24GK105891015SQ201610399250
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】周楊銳, 周松望, 王建華, 劉劍濤, 蔣正波, 蔣寶凡, 沈志明, 戴少軍, 張照玉, 胡曉明
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司