[實用新型]一種可以測量剪切面局部應力狀態的測量裝置

有效

• 申請號: 201020523356.0
• 申請日: 2010-09-09
• 公開（公告）號: CN201765075U
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 吳劍;孫志禹;尹庭偉
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團公司
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01N3/24
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本實用新型涉及一種可以測量剪切面局部應力狀態的測量裝置，尤其適合模擬測量非均勻軟弱夾層剪切過程中各個不同位置的應力狀態的變化。

背景技術

軟弱夾層是巖體結構中經常遇到的地質結構之一，軟弱夾層的力學特性尤其是抗剪切力學特性對巖土結構的宏觀力學特性影響較大，在有些地質條件下，軟弱夾層對于巖體結構的穩定性起到具有控制性的作用。

要獲得軟弱夾層的抗剪切力學參數，必須進行剪切試驗。軟弱夾層的剪切試驗通常有兩種方式：一是原位剪切試驗，另一種是室內剪切試驗。這兩種方式都是將軟弱夾層連帶夾層上下的巖塊，一起切割成可以放置在剪切盒中的試樣塊。試驗時，將上下剪切盒套入試樣（原位剪切試驗），或將試樣裝入剪切盒（室內剪切試驗），并保證軟弱夾層面處在上下剪切盒的接觸面上。通過上下剪切盒的相對錯動，使試樣塊上下巖塊沿軟弱夾層產生剪切運動。

上面所述的軟弱夾層剪切試驗中，一個試樣只能在剪切過程中形成一個剪切面，獲得一組力學參數。而現實情況是軟弱夾層的物質組成和厚薄都不是均一的，剪切過程中各個局部位置的應力變化并不一致，如果在一個不均勻軟弱夾層的剪切過程中，能夠量測出剪切面不同局部位置的應力變化，對探尋軟弱夾層剪切破壞的原理機制，研究滑坡、崩塌等地質災害啟動過程，提高對突發災害的監測預警水平都具有極其重要的意義。

剪切盒加載測力系統中剪切試樣的受力是加載系統通過剪切盒將荷載傳遞到剪切面上，并且假定加載系統所有的荷載輸出都傳遞到了剪切面，這樣只要量測出加載系統的荷載輸出值就可以得到剪切面上的應力值。一個剪切面的應力狀態主要包括法向和切向兩個方向的應力分量，為了在這兩個方向上進行加載測力，就必須在兩個方向上都布置加載測力系統。

要實現對一個剪切面的不同局部位置的剪切應力狀態的量測，必須要擯棄現有巖土材料剪切試驗所普遍采用的剪切盒加載測力系統結構，將加載系統與測力系統分離，讓測力系統小型化、集成化，以實現在同一個剪切面上布置多個測量力點（或測力面）。

發明內容

為了能夠掌握分布不均勻的軟弱夾層結構面在剪切過程中局部應力狀態的變化規律，本實用新型提供一種由多個測力單元拼接成測力矩陣，測力矩陣的測力面和上壓板之間填充軟弱夾層材料模擬軟弱夾層結構并進行軟弱夾層結構的剪切試驗。運用這樣的試驗系統可以進行非均勻分布的軟弱夾層結構剪切試驗并觀察剪切面不同局部位置的應力狀態的變化。

本實用新型的目的是這樣實現的：一種可以測量剪切面局部應力狀態的測量裝置，包括外框，外框內的底板上設有多個二維傳感器，每個二維傳感器上安裝有受力板，受力板與上壓板之間設有試樣夾層，上壓板一側與水平加載系統連接，上壓板與承壓板之間安裝有滾珠，承壓板與垂直加載系統連接。軟弱夾層材料外設有橡膠封邊。?

本實用新型提供的可以測量剪切面局部應力狀態的測量裝置，以多個測力單元表面組成一個試驗平面，可以對一個剪切面的不同位置的局部應力狀態進行測量，而現有的巖土材料的剪切試驗都是一次試驗只有一個剪切試樣，一次試驗只能得到一個總的剪切面的應力狀態，剪切面局部應力變化過程無法測量。本裝置測力單元可以獨立于加載系統運行，加載方式可以更加靈活。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是二維力傳感器和受力板組裝成測力單元布置圖。

具體實施方式

本實用新型結構如圖1所示，包括外框11，外框11內的底板3上設有多個二維傳感器1，每個二維傳感器1上安裝有受力板2，受力板2與上壓板5之間設有試樣夾層4，上壓板5一側與水平加載系統10連接，上壓板5與承壓板6之間安裝有滾珠7，承壓板6與垂直加載系統9連接。試樣夾層4外設有橡膠封邊8。?

本實用新型的工作原理如下：試驗裝置包括多個測力單元，一塊底板3和一塊上壓板5組成。一個測力單元由一個二維力傳感器1和一個受力板2組成，二維力傳感器1與受力板2連接，二維力傳感器1的安裝方向應保證傳感器的一個測力方向與受力板2的法向方向一致，傳感器的另一個測力方向與受力板2表面平行，并且剪切試驗的剪切方向一致。多個測力單元以矩陣或其他形式布置，測力單元中的二維力傳感器1的底端全部連接在底板3上，并且保證測力單元的受力板2拼接成一個完整的試驗平面。試驗平面上面以軟弱夾層材料制作一個薄層，薄層上覆蓋上壓板5，上壓板5相對試驗平面做錯動模擬地質結構面的剪切過程。在剪切過程中，測力平面可以將整個剪切面的各個局部位置的剪切力和法向壓力同時測出。