[實(shí)用新型]一種應(yīng)力狀態(tài)和加載路徑可控的空心圓柱界面扭剪儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721781926.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207570997U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 芮圣潔;周文杰;曾凡玉;國(guó)振
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N19/04
• 分類(lèi)號(hào): G01N19/04
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種應(yīng)力狀態(tài)和加載路徑可控的空心圓柱界面扭剪儀，包括機(jī)架、剪切系統(tǒng)、樁體、液壓伺服系統(tǒng)、扭力裝置、圍壓控制系統(tǒng)、傳感器測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)本實(shí)用新型的核心部件為環(huán)形剪切室，剪切室由內(nèi)向外依次為樁體、土體、彈性橡膠膜、圍壓水和剪切室外壁；土體的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)圍壓和上部油缸來(lái)控制，樁體可通過(guò)剪切系統(tǒng)和下部油缸控制加載路徑。本實(shí)用新型可以考慮土體復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)、排水及不排水條件，以及拉扭應(yīng)力路徑下樁土的界面剪切特性；裝置能準(zhǔn)確描述界面處的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，適合于室內(nèi)界面剪切的單元實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種界面剪切儀，尤其涉及一種應(yīng)力狀態(tài)和加載路徑可控的空心圓柱界面扭剪儀，可模擬不同排水條件及剪切方式，尤其適用于測(cè)定砂土、黏土及粉土等土體與鋼或者混凝土界面的剪切特性。

背景技術(shù)

一直以來(lái)，土與結(jié)構(gòu)的相互作用是巖土工程的重要問(wèn)題之一，比如樁土之間的相互作用，而土體與結(jié)構(gòu)物界面之間的接觸特性是界面剪切特性。目前應(yīng)用于界面剪切特性研究的儀器有直剪儀和環(huán)剪儀。

直剪儀的核心部件為上下兩個(gè)剪切盒，在進(jìn)行界面剪切時(shí)，下剪切盒放置界面單元，上剪切盒放置土樣，在一定的豎向壓力下進(jìn)行剪切。儀器較為簡(jiǎn)單，但無(wú)法模擬復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下土體的界面剪切行為，無(wú)法測(cè)定土體孔壓響應(yīng)，也只適用于小應(yīng)變狀態(tài)的界面剪切實(shí)驗(yàn)。

環(huán)剪儀可以模擬大應(yīng)變狀態(tài)下土體與結(jié)構(gòu)的界面剪切特性，它是由上下兩個(gè)環(huán)形剪切盒，一剪切盒裝土樣，另一剪切盒裝樁界面，在一定的豎向壓力下進(jìn)行環(huán)向剪切，通過(guò)測(cè)扭矩計(jì)算剪應(yīng)變，但目前的環(huán)剪儀還無(wú)法模擬復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)土體的響應(yīng)，在計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變時(shí)采用的是平均剪應(yīng)力和平均剪應(yīng)變，并不能真實(shí)準(zhǔn)確反應(yīng)界面剪切特性。

為了能模擬復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下土體和結(jié)構(gòu)界面之間的剪切特性，考慮排水不排水條件，且能模擬大變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，提出本實(shí)用新型裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)力狀態(tài)和加載路徑可控的空心圓柱界面扭剪儀。該裝置的特點(diǎn)是：能對(duì)土體施加復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，可以考慮排水及不排水條件，對(duì)土與結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行研究，與傳統(tǒng)的環(huán)剪界面剪切儀相比，計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不用采取均值方法。

本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：

一種應(yīng)力狀態(tài)和加載路徑可控的空心圓柱界面扭剪儀，包括機(jī)架、剪切系統(tǒng)、樁體、液壓伺服系統(tǒng)、扭力裝置、圍壓控制系統(tǒng)、傳感器測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)；樁體插入剪切系統(tǒng)中，與裝于剪切系統(tǒng)中的土樣形成樁土界面，液壓伺服系統(tǒng)用于控制土樣與樁體的上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)，圍壓控制系統(tǒng)用于控制剪切系統(tǒng)內(nèi)的圍壓以調(diào)整土體的應(yīng)力狀態(tài)，扭力裝置用于控制樁體與土樣的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳感器測(cè)量系統(tǒng)用于檢測(cè)剪切儀中待測(cè)數(shù)據(jù)，并傳輸至數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)用于控制液壓伺服系統(tǒng)、扭力裝置、及圍壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)力狀態(tài)和加載路徑。

上述技術(shù)方案中，所述的剪切系統(tǒng)包括透明的筒狀外壁、底板、上環(huán)、彈性橡膠膜；上環(huán)設(shè)于筒狀外壁頂部開(kāi)口處，筒狀外壁固定于底板上，樁體貫穿底板中部插入上環(huán)內(nèi)，樁體與上環(huán)之間、上環(huán)與筒狀外壁之間、樁體與底板之間均通過(guò)橡膠圈密封，在上環(huán)下方及底板上方各固定有一個(gè)橡膠膜固定環(huán)，彈性橡膠膜上下端分別通過(guò)橡膠圈固定于橡膠膜固定環(huán)內(nèi)，彈性橡膠膜與樁體之間用于安裝待測(cè)土體，彈性橡膠膜與筒狀外壁之間形成圍壓室；

所述的圍壓控制系統(tǒng)包括開(kāi)在圍壓室底板上的圍壓水孔、開(kāi)在待測(cè)土體空間底板上的反壓孔、及水壓力控制器；圍壓水孔通過(guò)管道與水壓力控制器相連用于向圍壓室內(nèi)注水或排水以控制圍壓室內(nèi)的水壓，反壓孔通過(guò)流量計(jì)與水壓力控制器相連用于測(cè)量排水條件下土體的體變。

優(yōu)選的，所述的液壓伺服系統(tǒng)包括液壓加載控制裝置、及與液壓加載控制裝置分別通過(guò)油管連接的上部油缸和下部油缸；上部油缸的活塞桿通過(guò)傳力管與上環(huán)固連，下部油缸的活塞桿通過(guò)傳動(dòng)軸與樁體下端固連。