[發明專利]一種觀測水下土與結構界面力學特性的剪切試驗裝置

有效

• 申請號: 201210395596.0
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102914475A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 常虹;夏軍武;向小芳;唐曉祥;鄭培波
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 何君

技術領域

本發明涉及一種力學特性試驗設備，尤其適用于研究水工建（構）筑物中水下土與結構的界面力學特性的一種觀測水下土與結構界面力學特性的剪切試驗裝置。

背景技術

目前對土-結構相互作用問題的研究，主要是通過物理試驗的方法研究相應條件下土-結構界面基本力學性能，在試驗的基礎上建立描述界面力學特性的本構模型或對已有模型進行相應改進。因此所采用的試驗儀器就至關重要。國內外許多學者對土-結構界面性能的試驗儀器進行了研究，目前廣泛應用的儀器包括直剪儀、單剪儀兩大類。由于土的種類繁多，物理性質復雜多樣，因此土與結構相互作用的研究也具有很強的針對性。如張嘎等人在“巖土工程學報”2003年3月，第25卷，第2期，P149-153上的“大型土與結構接觸面循環加載剪切儀”研究粗粒土與結構界面的力學性能。周國慶等人在“中國礦業大學學報”2001年3月，第30卷，第2期，P118-121上的超高壓直殘剪試驗系統研究深部土-結構接觸面的力學特性。對于水工結構，其土與結構界面始終處于浸水條件下，目前的試驗儀器難以模擬浸水條件下土與結構界面的實際力學行為。常規的界面剪切儀試樣尺寸較小，并且無法實現復雜應力路徑下的界面力學響應。這些缺陷都限制了土與水工結構界面力學特性的研究。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足之處，提供一種觀測水下土與結構界面力學特性的剪切試驗裝置。該試驗裝置借助于電液伺服動靜萬能試驗機作為主機框架，主要由固定機構、水平移動機構、土料盒、加載系統以及測量系統組成。將設計好的土料裝入固定于水平移動機構上的土料盒中，將結構試塊安裝在電液伺服動靜萬能試驗機的上夾頭，通過豎向加載系統施加法向應力，通過水平加載系統可再現常法向應力及復雜應力路徑下的水下土與結構界面的剪切力學行為。界面剪切試驗中法向力和剪切力通過荷載傳感器測得，結構試樣頂面布置的豎向位移計測量試驗中界面的法向位移，布置在土料盒兩側的水平位移計測量試驗中的剪切位移。

本發明是以如下技術方案實現的：一種觀測水下土與結構界面力學特性的剪切試驗裝置，該剪切試驗裝置包括固定機構、水平移動機構、土料盒、加載系統，其特征是：整個試驗裝置借助于電液伺服動靜萬能試驗機作為主機框架；通過螺栓將連接工字鋼固定于試驗機的底座，所述的連接工字鋼上有支撐底板，支撐底板上焊接有導軌；由滾輪和水平移動底板組成的水平移動機構置于導軌上；所述的水平移動底板上通過螺栓固定有包括角鋼外框架和有機玻璃盒子組成的土料盒；結構試塊通過連接構件固定在電液伺服動靜萬能試驗機的上夾頭；水平作動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系列電液伺服動靜萬能試驗機分別與數據采集系統連接。

所述的水平移動底板、角鋼外框架和有機玻璃盒子組成的土料盒上均置有水平位移傳感器。

所述的結構試塊上置有豎向位移傳感器。

所述的角鋼外框架和有機玻璃盒子組成的土料盒內有土料。

本發明的優點是：該試驗裝置借助于電液伺服動靜萬能試驗機作為主機框架，且部件之間均通過高強螺栓連接，便于安裝和拆卸，建立該試驗系統的成本很低。裝置可以模擬水下土與結構界面的實際力學行為，同時也可以實現其他剪切儀器的功能，其成本比常規的剪切儀器要低很多。裝置的結構試樣的尺寸最大可以達到400×400mm，可以方便地制作不同尺寸的結構試樣，以研究試樣尺寸對界面力學性能的影響，還可以研究常法向應力下的界面的力學性能，以實現復雜應力路徑下界面的力學行為。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明：

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為圖1的側視圖；

圖中：1、連接工字鋼，2、支撐底板，3、導軌，4、滾輪，5、水平移動底板，6、水平位移傳感器，7、角鋼外框架，8、有機玻璃盒子，9、結構試塊，10、豎向位移傳感器，11、電液伺服動靜萬能試驗機，12、連接構件，13、土料，14、水平荷載傳感器，15、水平作動器。16、支架。

具體實施方式