[發(fā)明專利]一種基于TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的多功能環(huán)剪儀試驗(yàn)設(shè)備及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811322911.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN109374441B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董輝;李青隆;蔣秀姿;羅正東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24
• 代理公司: 北京卓恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 徐樓

一種基于TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的多功能環(huán)剪儀試驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備包括TSZ升降動(dòng)力裝置(1)、機(jī)架(2)、空心環(huán)剪盒裝置(3)、扭剪動(dòng)力裝置(4)；其中機(jī)架(2)固定在TSZ升降動(dòng)力裝置(1)的頂部，空心環(huán)剪盒裝置(3)和扭剪動(dòng)力裝置(4)設(shè)置在機(jī)架(2)與TSZ升降動(dòng)力裝置(1)之間，且空心環(huán)剪盒裝置(3)位于TSZ升降動(dòng)力裝置(1)的上方，扭剪動(dòng)力裝置(4)位于空心環(huán)剪盒裝置(3)的上方。本發(fā)明充分利用TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)提供精準(zhǔn)的軸壓力，提供應(yīng)力應(yīng)變控制式的穩(wěn)定力源，同時(shí)采用封閉的空心環(huán)剪盒裝置，解決了環(huán)剪過程中溢漏試樣的難題，測(cè)量強(qiáng)度值更為精確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多功能環(huán)剪儀，具體涉及一種基于TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的多功能環(huán)剪儀試驗(yàn)設(shè)備及其使用方法，適用于土、石等顆粒材料在不同軸壓、不同剪切速率下，開展土樣殘余強(qiáng)度和蠕變力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，屬于巖土工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來研究巖土體的殘余強(qiáng)度和蠕變性質(zhì)已成為熱點(diǎn)領(lǐng)域，傳統(tǒng)上做這類試驗(yàn)所用的儀器主要是直剪儀和三軸儀器，由于這兩類儀器受剪切行程限制，土樣無法達(dá)到殘余狀態(tài)，所以很難模擬滑帶土處于真實(shí)的殘余狀態(tài)下的剪切響應(yīng)，測(cè)出的強(qiáng)度破壞臨界值與真實(shí)值相差甚遠(yuǎn)，對(duì)工程滑坡預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，往往造成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。

目前，由于直剪儀尺寸較小，所以是通過反復(fù)剪切使試樣達(dá)到殘余狀態(tài)下后再開展蠕變?cè)囼?yàn)，并且試樣代表性差，精確較低，并且與實(shí)際滑坡體變形—強(qiáng)度—時(shí)間關(guān)系不完全符合。三軸試驗(yàn)機(jī)是土工試驗(yàn)最先進(jìn)的儀器之一，電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、傳感自動(dòng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成一體，自動(dòng)化程度高，可以開展UU、CU、CD等壓縮試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)、多種應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等。而TSZ全自動(dòng)三軸儀，升降動(dòng)力裝置采用的是步進(jìn)式電機(jī)，所以控制精度高，可以等速、加速等位移控制，是理想的動(dòng)力資源，但是目前的TSZ全自動(dòng)三軸儀，只能做小試樣的壓縮試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)，所以無法做大位移條件下的殘余強(qiáng)度試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)，并且試樣破壞面與真實(shí)滑坡體的剪切面不是一回事，因此這將大大降低TSZ全自動(dòng)三軸儀的適用性。

環(huán)剪儀是一種研究土體在大剪切位移條件下力學(xué)特性的土工設(shè)備，在開展土樣殘余強(qiáng)度測(cè)試及分析殘余狀態(tài)下的相關(guān)力學(xué)性質(zhì)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。盡管現(xiàn)有的環(huán)剪儀都是基于Bromhead和Bishop原理設(shè)計(jì)，但其設(shè)計(jì)上仍存在嚴(yán)重不足。其一環(huán)剪儀存在溢漏試樣的問題；其二基于Bishop類型的環(huán)剪儀，試樣壓縮性需較小；其三測(cè)試功能比較單一，無法做飽和試驗(yàn)，不能測(cè)空隙壓力值和剪切面溫度變化，對(duì)殘余強(qiáng)度和蠕變性質(zhì)的某些機(jī)理解釋不清；其四溢漏試樣或摩擦力的存在，測(cè)量的強(qiáng)度值不準(zhǔn)確。在這樣一個(gè)背景下，發(fā)明一種高精度的多功能環(huán)剪儀勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明按Bromhead基本原理，提出一種基于TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的多功能環(huán)剪儀試驗(yàn)設(shè)備及其使用方法。該設(shè)備及方法利用已有試驗(yàn)機(jī)提供高精準(zhǔn)的加載力源，同時(shí)采用封閉的空心環(huán)剪盒裝置有效解決了試驗(yàn)過程中溢漏試樣的問題，封閉的空心環(huán)剪盒裝置還能做飽和試驗(yàn)和測(cè)量空隙壓力值，設(shè)備功能的多樣性可滿足不同試驗(yàn)條件下的要求；此外，該設(shè)備剪切面位置設(shè)有高精度的溫度傳感器，模擬快速滑坡體剪切面溫度的響應(yīng)，為滑坡體的剪切帶機(jī)理分析提供新途徑。

根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施方案，提供一種基于TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的多功能環(huán)剪儀試驗(yàn)設(shè)備：

一種基于TSZ全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的多功能環(huán)剪儀試驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備包括TSZ升降動(dòng)力裝置、機(jī)架、空心環(huán)剪盒裝置、扭剪動(dòng)力裝置。其中機(jī)架固定在TSZ升降動(dòng)力裝置的頂部，空心環(huán)剪盒裝置和扭剪動(dòng)力裝置設(shè)置在機(jī)架與TSZ升降動(dòng)力裝置之間，且空心環(huán)剪盒裝置位于TSZ升降動(dòng)力裝置的上方，扭剪動(dòng)力裝置位于空心環(huán)剪盒裝置的上方。

在本發(fā)明中，所述機(jī)架包括2根立柱和反力梁。2根立柱分別固定在TSZ升降動(dòng)力裝置的頂部?jī)蓚?cè)，反力梁與2根立柱的上部垂直連接。