[發明專利]一種復雜應力下雙珠膠結模型的加載裝置

在審

• 申請號: 202010038216.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111077021A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王婉瑩;陳德高;羅慶姿;武靜國
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/20;G01N3/24;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 江金城

本發明公開了一種復雜應力下雙珠膠結模型的加載裝置，包括底板、滾軸、試樣墊塊、下墊塊、上墊塊、第一傳感器組、第二傳感器組和連接件。滾軸設置在底板上；下墊塊設置在滾軸上，其端部與水平載荷反力端連接；上墊塊設置在下墊塊上方，其端部與水平載荷輸出端連接；試樣墊塊分別設置在第三凹槽和第五凹槽內，并分別與下墊塊和上墊塊固定連接；連接件的一端插入第四凹槽內并與上墊塊鉸接，另一端與線性導軌端連接；雙珠膠結模型設置在上墊塊與下墊塊之間，分別與上下墊塊上的試樣墊塊固定連接；滾軸、試樣墊塊、連接件同軸設置。在使用時需要安裝在雙軸加載設備上，通過加載不同的豎直荷載、水平荷載測試雙珠膠結模型在復雜應力狀態下的力學特性。

技術領域

本發明涉及巖土工程實驗設備技術領域，尤其涉及一種復雜應力下雙珠膠結模型的加載裝置。

背景技術

天然膠結砂作為典型的結構性土體材料廣泛應用于實際工程中。目前，針對膠結砂力學行為的研究大多停留在宏觀層面，缺乏對其內部顆粒相互作用機理的認識，對顆粒尺度下膠結砂的破碎行為與宏觀力學響應的聯系尚不明確。這從本質上限制了我們對膠結砂等結構性土體的全面認識。只有由現象到本質，由宏觀到微觀深刻掌握膠結砂內部結構演化規律及損傷機制，我們才能提出從根本上應對實際工程中相關災害的防治措施。因此，開展膠結砂顆粒的破碎模式及其微觀損傷機制研究，掌握微觀膠結砂顆粒的真實力學性質，對進一步完善結構性土的多尺度力學機理研究乃至巖土工程建設具有重要的理論價值和現實意義。

在文獻“蔣明鏡,孫渝剛,李立清,復雜應力下兩種膠結顆粒微觀力學模型的試驗研究,巖土工程學報,2011b,33(3):354-360”中蔣明鏡等制作了一個理想類雙顆粒接觸膠結模型。在此模型中，膠結顆粒被理想化為兩根相同的圓截面鋁棒，接觸位置由環氧樹脂粘結成整體。他們進一步研發出用于在此接觸模型上施加法向力，切向力及力矩的加載設備。實驗結果表明，兩根膠結鋁棒的失效模式取決于二者的膠結方式：對于接觸粘結,在法向壓縮試驗中力-位移曲線表現出應變硬化，在剪切試驗中，該曲線表現出彈脆塑性。而對于平行粘結，力-位移曲線在壓縮試驗中呈現出應變軟化趨勢，在剪切試驗中表現出彈塑性軟化。在受扭試驗中，他們注意到無論對于接觸粘結還是平行粘結模型，力矩-轉動角關系曲線都呈現彈塑性軟化。在剪切和受扭試驗中，膠結金屬棒的峰值強度都與施加的法向力呈正相關，這種關系對于接觸粘結模型更為顯著。

在文獻“蔣明鏡,金樹樓,劉蔚,劉俊,粒間膠結接觸力學特性的三維試驗研究,巖土力學,2015,36(增1):9-13”中蔣明鏡等將接觸模型中的鋁棒改進為鋁質半球體。這些研究對于定量描述顆粒間膠結作用取得了突破性的進展，但金屬鋁及環氧樹脂并不能準確地表達天然巖土材料的力學性質，且由于試驗模型尺寸較大，在顆粒尺度上可靠的相關研究仍然有限；且忽略了顆粒的形態特征球度、圓度、長寬比、表面粗糙度、不規則度等定量描述參數對顆粒力學性質的影響。

因此，現有技術需要進一步改進和完善。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可以對由天然石英砂及水泥等膠結材料制備而成的雙珠膠結模型進行壓剪、壓彎、壓彎剪組合等一系列復雜荷載進行試驗的加載裝置。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種復雜應力下雙珠膠結模型的加載裝置，所述加載裝置安裝在雙軸加載設備上，包括底板、滾軸、試樣墊塊、下墊塊、上墊塊、用于測量豎直位移的對稱設置的第一傳感器組、測量水平位移的對稱設置的第二傳感器組、以及連接件。