[發(fā)明專利]一種全自動流變直剪儀及其實驗操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710245507.7
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106940274B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季李通
• 申請（專利權(quán)）人: 南京泰克奧科技有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06;G05D15/01
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 楊海軍

本發(fā)明公開了一種全自動流變直剪儀及其操作方法，它包括流變直剪儀(1)和計算機(2)。流變直剪儀(1)采用伺服閉環(huán)控制，利用垂直伺服加載系統(tǒng)中的豎向荷重傳感器(1?19)對施加在試樣(1?30)上的軸向應(yīng)力進行調(diào)整控制，同時通過水平剪切驅(qū)動系統(tǒng)中與水平剪切驅(qū)動裝置相連接的第一水平荷重傳感器(1?3)，對試樣(1?30)施加恒定的水平剪切力，實現(xiàn)土體的直接剪切蠕變試驗；并通過水平位移傳感器(1?16)實現(xiàn)試樣(1?30)水平剪切量的精確控制，進行土體的直接剪切應(yīng)變松弛試驗。本發(fā)明不僅可以進行常規(guī)直剪試驗，還可以進行土體流變直剪試驗，穩(wěn)定性能高，可實現(xiàn)試驗精確控制和采集的全過程自動化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全自動流變直剪儀，尤其涉及一種能夠進行飽和/非飽和土體材料蠕變特性和應(yīng)力松弛特性的直接剪切設(shè)備及其實驗操作方法。

背景技術(shù)

在巖土工程中，除受到土體本身的顆粒組成、礦物成分、含水情況等物理因素的影響，土體材料的物理力學(xué)性質(zhì)還受到溫度、初始應(yīng)力狀態(tài)和時間等外界因素的影響。針對時間因素，土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系主要表現(xiàn)出復(fù)雜的流變特性，而土體的流變特性主要包括土體的蠕變、應(yīng)力松弛和長期荷載作用下強度的降低等等。

在室內(nèi)試驗研究中，土體的流變特性的研究一般采用能夠直接施加剪力的流變直剪試驗方法和間接進行剪切試驗的流變?nèi)S試驗方法。其中，針對直接流變試驗方法，土體蠕變特性多采用直接剪切蠕變儀進行試驗研究，傳統(tǒng)的直接剪切蠕變儀通常包括剪切盒、加壓系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，加壓系統(tǒng)為杠桿+砝碼的結(jié)構(gòu)形式，由于考慮到試驗中對剪切應(yīng)力的控制，剪切系統(tǒng)多采用定向滑輪+砝碼的結(jié)構(gòu)形式，通過施加砝碼對試樣進行豎向應(yīng)力和水平向應(yīng)力的控制，但是由于砝碼重量的限制，應(yīng)力控制過程中很難對試樣實現(xiàn)連續(xù)應(yīng)力控制，且在試驗過程中，杠桿+砝碼的結(jié)構(gòu)形式易產(chǎn)生杠桿偏心的問題，影響試驗控制的精度；在剪切過程中，定向滑輪+砝碼的結(jié)構(gòu)形式雖然能夠有效地對試樣施加恒定的剪切應(yīng)力，但是試樣易受到該結(jié)構(gòu)形式所產(chǎn)生的扭矩影響，降低剪切應(yīng)力的控制精度，且砝碼是通過與定向滑輪配套的繩索進行施加的，在放置砝碼的過程中繩索易產(chǎn)生晃動，易影響剪切應(yīng)力施加的穩(wěn)定性，易產(chǎn)生偏心影響。

其次，針對測量系統(tǒng)中對剪切位移量的測量，谷任國(2006年)等人對剪切位移的測量精度進行了改進，利用百分表+1mm千分表相結(jié)合的形式對試驗中的剪切位移進行量測，即利用百分表達到試驗測量范圍的要求、千分表達到試驗測量精度的要求，在一定程度上提高了蠕變測量的精度，但是在直接剪切蠕變過程中土樣的蠕變位移量往往會超過1mm千分表的量程，利用百分表和1mm千分表相配合的形式來測量蠕變位移量，很難避免其操作繁瑣、百分表和千分表的配合誤差、測量讀數(shù)偏差、計算復(fù)雜、累積誤差等等人為問題影響，在一定程度上較難滿足試驗測量的精度要求。

而在直接流變試驗方法中，土體的應(yīng)力松弛特性的研究多采用直接剪切應(yīng)力松弛儀進行試驗研究。相對直接剪切蠕變儀，傳統(tǒng)直接剪切應(yīng)力松弛儀的剪切系統(tǒng)則是采用蝸輪桿的結(jié)構(gòu)形式對試樣施加恒定的剪切變形。由于作用機理的不同，兩種傳統(tǒng)試驗儀器功能過于單一，難以合二為一，大大降低了試驗設(shè)備的利用率，提高了試驗成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有流變直剪儀存在的問題，提出一種全自動流變直剪儀，不僅可進行直接剪切蠕變試驗，又可以進行直接剪切應(yīng)力松弛試驗，有效地提高了試驗控制和測量的精度，并可對試驗全過程進行自動化控制。

一種全自動流變直剪儀，它包括流變直剪儀和計算機，所述的流變直剪儀通過通訊協(xié)議與計算機相連接，可通過計算機或者流變直剪儀上的控制面板實現(xiàn)對試驗過程的控制。

作為優(yōu)選方案，以上所述的全自動流變直剪儀，所述的流變直剪儀包括控制面板、水平驅(qū)動裝置、第一水平荷重傳感器、剪切容器、軌道、豎向位移傳感器、上部加載橫梁、水平位移傳感器、豎向荷重傳感器、第二水平荷重傳感器、下剪切盒、上剪切盒、承壓蓋、直線軸承、擋板、軸向加載裝置、下部加載橫梁、拉桿；