[發明專利]一種巖土微觀力學性質測試儀

在審

• 申請號: 202111588140.1
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114397197A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 張琛;何歡;劉松玉;何勇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/08;G01N3/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李想

本發明設計一種巖土微觀力學性質測試儀，屬于巖土工程領域的室內微觀試驗裝置?；诘鬃脚_上布置在垂直方向上施加法向荷載的加載裝置及水平方向上施加剪切切向位移的位移裝置，所述施加法向荷載的加載裝置的施壓端設有上顆粒安裝板，所述施加剪切切向位移的位移裝置的施壓端設有下顆粒安裝板；所述上顆粒板與所述下顆粒板之間用于安裝顆粒?顆粒測試件、顆粒?塊體測試件及塊體?塊體測試件。本發明提供的巖土微觀力學性質測試儀，該測試儀能夠測試顆粒?顆粒、顆粒?塊體、塊體?塊體不同的接觸模式，研究其法向和切向的力?位移行為，包括顆粒間摩擦和接觸剛度。并能夠通過伺服電機任意控制顆粒之間碰撞的力、位移以及碰撞速度。

技術領域

本發明設計一種巖土微觀力學性質測試儀，屬于巖土工程領域的室內微觀試驗裝置。

背景技術

隨著離散元（DEM）數值分析技術的不斷發展，對巖土工程材料微觀力學性質的研究越來越被重視。如今人們普遍認為，微觀和宏觀尺度下顆粒材料的力學行為受小尺度顆粒特性的顯著影響，包括顆粒界面的行為（即法向剛度和剪切剛度），顆粒的破碎行為以及它們的形態特征。

巖土工程材料微觀力學性質的研究中比較重要的一部分是研究速度對顆粒材料微觀和宏觀尺度行為的影響。在微觀力學框架內，人們普遍認為剪切速度對接觸界面的顆粒間摩擦有影響。然而，就顆粒接觸類型的實驗室研究(包括真實的土壤顆粒以及復合顆粒材料，如砂-橡膠混合物)而言，這一主題在很大程度上還未被探索。

目前已有的儀器大多只能施加法向荷載，而無法對顆粒材料施加切向荷載，且現有的儀器只能以幾種固定的速度進行加載，無法任意控制顆粒之間碰撞的力、位移以及碰撞速度，無法研究速率對顆粒材料加載效應的影響。

發明內容

本發明針對上述問題提供了一種新型巖土微觀力學性質測試儀?？梢赃M行微觀顆粒間剪切試驗，同時可以擴展到非常高的剪切速度，從而可以在至少五個數量級的速度范圍內研究顆粒間的摩擦。

本發明采用如下技術方案：

本發明所述的巖土微觀力學性質測試儀，基于底座平臺上布置在垂直方向上施加法向荷載的加載裝置及水平方向上施加剪切切向位移的位移裝置，所述施加法向荷載的加載裝置的施壓端設有上顆粒安裝板，所述施加剪切切向位移的位移裝置的施壓端設有下顆粒安裝板；所述上顆粒板與所述下顆粒板之間用于安裝顆粒-顆粒測試件、顆粒-塊體測試件及塊體-塊體測試件。

本發明所述的巖土微觀力學性質測試儀，所述的施加法向荷載的加載裝置包括垂直伺服電機，垂直固定支架，直角支架，垂直荷載傳感器；所述的垂直固定支架上設有垂直伺服電機，所述垂直伺服電機驅動直角支架上下運動，所述直角支架的底端設有垂直載荷傳感器，所述垂直載荷傳感器與上顆粒板相連。

本發明所述的巖土微觀力學性質測試儀，所述的施加剪切切向位移的位移裝置包括水平微步電機，水平荷載傳感器，滾珠滑橇，顆粒底座；所述滾珠滑橇的上端布置顆粒底座，所述顆粒底座上布置下顆粒板，所述水平微步電機的施壓端向顆粒底座施壓使得顆粒底座發生剪切切向位移；水平微步電機的施壓端與顆粒底座之間還設有水平荷載傳感器相。

本發明所述的巖土微觀力學性質測試儀，所述的水平微步電機布置在水平支架上，所述水平支架上還設有呈水平放置的直線導軌二，所述直線導軌二上設有沿直線導軌二滑動的水平連接軸，所述水平微步電機的施壓端通過水平連接軸與水平荷載傳感器相連。

本發明所述的巖土微觀力學性質測試儀，所述顆粒底座相對于水平荷載傳感器的一端面設有呈豎向放置的直線導軌一，所述水平荷載傳感器與顆粒底座的連接端設有與直線導軌一相匹配的滑塊。