[發(fā)明專利]一種結(jié)合3D打印技術(shù)的內(nèi)切外阻式桶狀結(jié)構(gòu)面剪切儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110389337.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113109180A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范志強(qiáng);汪明元;周奇輝;劉尊景;孫淼軍;樓永良;朱永強(qiáng);張瓊方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

本發(fā)明涉及一種結(jié)合3D打印技術(shù)的內(nèi)切外阻式桶狀結(jié)構(gòu)面剪切儀，包括：框架；剪切盒，具有對(duì)應(yīng)所述桶狀內(nèi)試樣底面設(shè)置的內(nèi)桶底板，以及對(duì)應(yīng)所述環(huán)狀外試樣底面和外側(cè)面分別設(shè)置的外罩底板和剪切盒外側(cè)壁，剪切盒外側(cè)壁與外罩底板連成一體形成剪切盒外罩；所述內(nèi)桶底板和外罩底板均可繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝于所述框架上；軸向加壓機(jī)構(gòu)Ⅰ，位于所述桶狀內(nèi)試樣上方，用于對(duì)桶狀內(nèi)試樣施加軸向壓力；軸向加壓機(jī)構(gòu)Ⅱ，位于所述環(huán)狀外試樣上方，用于對(duì)環(huán)狀外試樣施加軸向壓力；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，接于所述內(nèi)桶底板上，用于經(jīng)內(nèi)桶底板帶動(dòng)桶狀內(nèi)試樣繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；剪切監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，用于采集桶狀內(nèi)試樣外側(cè)結(jié)構(gòu)面和環(huán)狀外試樣內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)面之間的剪切參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種結(jié)合3D打印技術(shù)的內(nèi)切外阻式桶狀結(jié)構(gòu)面剪切儀。適用于巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)行為試驗(yàn)儀。

背景技術(shù)

直剪儀是巖土體抗剪特性研究的常用試驗(yàn)儀器，既適用于土體剪切，亦常被用于巖體結(jié)構(gòu)面剪切和土巖接觸面剪切。直剪儀的優(yōu)點(diǎn)：(1)剪切面形態(tài)條件明晰；(2)加載條件直接明快；(3)試驗(yàn)步驟較為簡(jiǎn)捷。但其亦存在如下缺點(diǎn)：(1)只能實(shí)現(xiàn)單向短距離剪切，用于獲取峰值強(qiáng)度，卻較難獲得殘余強(qiáng)度；(2)試驗(yàn)過(guò)程中有效剪切面積持續(xù)減小，試驗(yàn)數(shù)據(jù)需修正。

近年來(lái)，山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，出現(xiàn)了較多大型順層巖質(zhì)滑坡。該類滑坡通常沿著既有巖層面(或大型巖體結(jié)構(gòu)面)發(fā)生大位移剪切破壞，并最終發(fā)展為特大型巖體高速遠(yuǎn)程滑坡或高速遠(yuǎn)距離運(yùn)移的碎屑流，嚴(yán)重威脅了山區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。顯然，該動(dòng)力學(xué)過(guò)程與結(jié)構(gòu)面(層面)的強(qiáng)度特性息息相關(guān)，而該過(guò)程中結(jié)構(gòu)面的剪切破壞亦會(huì)直接影響其力學(xué)強(qiáng)度，力學(xué)強(qiáng)度的改變又能反向影響巖體滑坡的動(dòng)力特征，因此結(jié)構(gòu)面(層面)在長(zhǎng)距離剪切過(guò)程中的強(qiáng)度變化特性(尤其是殘余強(qiáng)度)研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

然而目前為止，尚未出現(xiàn)合適的試驗(yàn)儀器來(lái)研究巖體結(jié)構(gòu)面在長(zhǎng)距離單方向剪切過(guò)程中的強(qiáng)度力學(xué)特性。盡管環(huán)剪儀能夠?qū)崿F(xiàn)單方向上的長(zhǎng)距離剪切，且已經(jīng)在土力學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于堅(jiān)硬的巖體結(jié)構(gòu)面而言，其一旦發(fā)生單向錯(cuò)動(dòng)，則剪切方向(該方向的形貌特征)已是既定，不可能發(fā)生環(huán)繞式剪切，顯然，普通環(huán)剪儀的平面環(huán)形構(gòu)造制約了巖體結(jié)構(gòu)面在既定方向上的準(zhǔn)確制樣，因此不能像土體一樣地采用環(huán)剪儀對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行長(zhǎng)距離、全過(guò)程的剪切力學(xué)研究。此外，由于常規(guī)環(huán)剪儀的結(jié)構(gòu)特征，其剪切面沿徑向分布的剪應(yīng)力隨徑長(zhǎng)的增大而增大，因此設(shè)計(jì)者通常將環(huán)形剪切面尺寸進(jìn)行限制，以取得剪切面上剪應(yīng)力近似相等的效果，但其結(jié)果是該類環(huán)剪儀難以開(kāi)展大尺寸的剪切試驗(yàn)。

科技的發(fā)展帶動(dòng)高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。諸如在幾何形態(tài)數(shù)據(jù)獲取和形態(tài)重現(xiàn)方面，三維激光掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)等已經(jīng)日趨成熟，并在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在巖體力學(xué)研究領(lǐng)域，已有學(xué)者將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于巖體結(jié)構(gòu)面形態(tài)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，并將其導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行精準(zhǔn)建模。但尚不多見(jiàn)采用三維激光掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)聯(lián)合的方法，對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行實(shí)體塑形，以及應(yīng)用于實(shí)體試驗(yàn)研究。且當(dāng)前尚未出現(xiàn)基于平面態(tài)結(jié)構(gòu)面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行等比例桶狀結(jié)構(gòu)面3D塑形的理念。

因此，基于當(dāng)前的研究述求，結(jié)合現(xiàn)有的高新技術(shù)，聯(lián)合開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的試驗(yàn)儀器對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)距離剪切力學(xué)特性開(kāi)展研究是有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種結(jié)合3D打印技術(shù)的內(nèi)切外阻式桶狀結(jié)構(gòu)面剪切儀。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種結(jié)合3D打印技術(shù)的內(nèi)切外阻式桶狀結(jié)構(gòu)面剪切儀，其特征在于：用于對(duì)桶狀內(nèi)試樣外側(cè)結(jié)構(gòu)面和與之相適配的環(huán)狀外試樣內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行剪切力學(xué)測(cè)試，包括：

框架；

剪切盒，具有對(duì)應(yīng)所述桶狀內(nèi)試樣底面設(shè)置的內(nèi)桶底板，以及對(duì)應(yīng)所述環(huán)狀外試樣底面和外側(cè)面分別設(shè)置的外罩底板和剪切盒外側(cè)壁，剪切盒外側(cè)壁與外罩底板連成一體形成剪切盒外罩；所述內(nèi)桶底板和外罩底板均可繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝于所述框架上；

軸向加壓機(jī)構(gòu)Ⅰ，位于所述桶狀內(nèi)試樣上方，用于對(duì)桶狀內(nèi)試樣施加軸向壓力；