CN109557023B - 一种可自适应伸缩变形的压盘***及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可自适应伸缩变形的压盘***，包括压盘本体、内挡板和外挡板，所述压盘本体安装于所述轴压输出装置连接，所述外挡板置于所述内挡板***，所述外挡板与所述内挡板相互配合形成一环形结构，所述压盘本体置于所述环形结构的一侧，所述压盘本体与所述内挡板、外挡板相互配合形成一端封闭另一端开口的环形槽，所述内挡板和所述外挡板均通过弹性件与所述压盘本体弹性连接，所述弹性件的伸缩方向与所述环形结构的轴向方向相同。该***既能保证土层（或砂层）受压条件下无侧向变形又能自适应其垂向压缩变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种可自适应伸缩变形的压盘***及其使用方法，属于土木工程领域。
背景技术
目前，在研究土层（或砂层）与其他材料间界面特性领域，一般采用直剪仪，因试验过程中直剪仪具有持续剪切位移量小的固有缺陷，故在研究土层（或砂层）与其他材料间残余强度特性方面难以实现。环状扭剪仪最初应用于研究土的残余强度特性，因其具有剪切位移量无限制且剪切面保持固定的优势，后被许多学者引用于研究土（或砂）与土工材料以及土工材料间的残余强度特性。但是，目前对于土层（或砂层）与其他材料间界面摩擦特性的研究尚存在两个亟待解决的技术难点，难点一是土层（或砂层）受压易产生侧向变形，如何实现室内试验中土层（或砂层）在受压条件下仅发生垂向压缩变形而限制其侧向变形；难点二是目前用于限制土层（或砂层）侧向变形的压盘往往是刚性的，故而压盘挡板边缘与其他材料间存在刚性摩擦，违背了土层（或砂层）与其他材料间单一摩擦的试验要求；因此，上述两个难点也成为阻碍研发用于研究土层（或砂层）与其他材料间界面摩擦特性试验设备环状扭剪仪的绊脚石。
目前为止，还尚没有既能保证土层（或砂层）无侧向变形又能自适应其垂向压缩变形以避免与相邻材料刚性摩擦的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能保证土层（或砂层）受压条件下无侧向变形又能自适应其垂向压缩变形的装置，即一种可自适应伸缩变形的压盘。
本发明为了实现上述目的，所采取的技术方案为：一种可自适应伸缩变形的压盘***，包括与轴压输出装置连接的第一压盘总成，包括压盘本体、内挡板和外挡板，所述压盘本体安装于所述轴压输出装置连接，所述内挡板和所述外挡板均为筒形结构，所述外挡板置于所述内挡板***，所述外挡板与所述内挡板相互配合形成一环形结构，所述压盘本体置于所述环形结构的一侧，所述压盘本体与所述内挡板、外挡板相互配合形成一端封闭另一端开口的环形槽，所述内挡板和所述外挡板均通过弹性件与所述压盘本体弹性连接，所述弹性件的伸缩方向与所述环形结构的轴向方向相同；与扭矩输出装置连接的第二压盘总成，所述第二压盘总成与所述第一压盘总成相同，所述第二压盘总成中的压盘本体安装于所述扭矩输出装置上；所述第一压盘总成的环形槽和所述第二压盘总成的环形槽开口相对设置。
进一步的，所述内挡板连接所述压盘本体的一端折弯，形成第一折弯边，所述内挡板通过所述第一折弯边和所述压盘本体弹性连接；所述外挡板连接所述压盘本体的一端折弯形成第二折弯边，所述外挡板通过所述第二折弯边和所述压盘本体弹性连接。
进一步的，所述第一折弯边和所述第二折弯边分别置于所述环形结构两侧。
进一步的，所述压盘本体为环形体，所述环形体的内侧设有第一凸缘，外侧设有第二凸缘，所述第一凸缘与所述第一折弯边通过所述弹性件弹性连接，所述第二凸缘与所述第二折弯边通过所述弹性件弹性连接。
进一步的，所述弹性件包括连接柱和套于连接柱外侧的弹簧，所述连接柱一端非刚性连接内挡板或外挡板，另一端刚性连接压盘本体，所述弹簧置于内挡板或外挡板与压盘本体之间，所述外挡板和内挡板上设有用于连接所述连接柱的安装孔，所述连接柱可在所述安装孔内滑动。
进一步的，所述压盘本体内开设有若干用于减轻压盘本体重量的孔。
进一步的，所述外挡板上开设有若干用于安装孔压传感器的螺纹孔，所述孔压传感器用于测试环形槽内填充材料的孔隙压力。
进一步的，所述环形槽的底侧螺栓固定安装有纹理环形板，所述纹理环形板上设有用于增加纹理环形板与环形槽内填充物之间摩擦的纹理，纹理类型可视试验需求更换。
进一步的，所述压盘本体为环形体，所述内挡板贴合所述环形体的内边缘，所述外挡板贴合所述环形体的外边缘，当受到压力时，所述内挡板和所述外挡板分别沿所述环形体的内边缘和外边缘轴向移动。
本发明还提供了一种基于上述压盘***的使用方法，包括以下步骤：
步骤1，在第一压盘总成和第二压盘总成中的环形槽内填充土层或沙层，并使第一压盘总成和第二压盘总成相对且两者之间间隔设定距离；
步骤2，在第一压盘总成和第二压盘总成之间铺设土工合成材料；
步骤3，移动第一压盘总成或第二压盘总成，使两者均与所述土工合成材料接触；
步骤4，启动轴压输出装置对土层、沙层和土工合成材料施加轴向压力至达到设定值；
步骤5，启动扭矩输出装置对土层、沙层和土工合成材料施加扭矩至设定值。
进一步的，步骤1，通过轴向轴压***调节第一压盘总成，使其与第二压盘总成间隔设定距离，方便人工安装土层样；按照相关规范分别在第一压盘总成和第二压盘总成中的环形槽内填充土层或砂层；
步骤2，在第一压盘总成和第二压盘总成之间铺设土工合成材料环形试样，土工合成材料环形试样铺设在第二压盘总成上端面；
步骤3，再次通过轴压***轴向移动第一压盘总成，使第一压盘总成下端面与所述土工合成材料环形试样无压力接触；
步骤4，第三次启动轴压输出装置，继续轴向运动，进而实现对土层、沙层和土工合成材料施加轴向压力，轴压力逐渐增大至设定目标值；
步骤5，启动扭矩输出装置（与第二压盘总成相连接）对土层、沙层和土工合成材料施加扭矩目标设定设定值，试验开始。
本发明所产生的有益效果包括：解决了环型扭剪仪难以用于土层（或砂层）与其他材料间界面摩擦特性试验研究的缺陷，使得环型扭剪仪在进行土层（或砂层）与其他材料间界面摩擦特性试验研究时，既能保证土层（或砂层）在受到轴向压力的情况下无侧向变形出现，又能满足其垂向自由压缩变形的需要。
附图说明
图1是本发明中压盘总成的结构示意图。
图2是本发明中压盘总成的侧视剖面示意图。
图3是本发明装置中内挡板的结构示意图。
图4是本发明装置中外挡板结的构示意图。
图5是本发明装置中弹性件的结构示意图。
图6是本发明装置中外挡板螺纹孔处安装检测孔隙压力的孔压传感器的剖面图。
图中：1. 内挡板，110.第一折弯边，2.外挡板，210.第二折弯边，3. 连接杆，4.螺母，5. 弹簧，6.螺纹孔，7. 压盘本体，710.第一凸缘，720.第二凸缘，8.安装孔，9.透水石，10.孔压传感器，11.环形板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1是本发明的一种可自适应伸缩变形的压盘***中其中一个压盘总成的整体结构示意图，由图可见压盘总成包括压盘本体7、内挡板1、外挡板2和带有纹理的可替换环形板11（见图2）。内挡板1和外挡板2均为筒形结构，外挡板2置于内挡板1***，外挡板2与内挡板1相互配合形成一环形结构，压盘本体7置于环形结构的一侧，作为环形结构的底部，形成环形槽，压盘本体7与内挡板1、外挡板2相互配合形成一端封闭另一端开口的环形槽，内挡板1和外挡板2均通过弹性件与压盘本体7弹性连接，弹性件的伸缩方向与环形结构的轴向方向相同；弹性件包括连接杆3、弹簧5、安装孔8和螺母4的组合加以实现，能够满足土层（或砂层）根据受压变化情况自行伸缩的柔性连接是本发明装置的核心。
内挡板1连接压盘本体7的一端折弯，形成第一折弯边110，外挡板2连接压盘本体7的一端折弯形成第二折弯边210，第一折弯边110和第二折弯边210分别置于环形结构两侧。压盘本体7为环形体，环形体的内侧设有第一凸缘710，外侧设有第二凸缘720，第一凸缘710与第一折弯边110通过弹性件弹性连接，第二凸缘720与第二折弯边210通过弹性件弹性连接。压盘本体7为环形体，内挡板1贴合环形体的内边缘，外挡板2贴合环形体的外边缘，当受到压力时，内挡板1和外挡板2分别沿环形体的内边缘和外边缘轴向移动，同时在弹性件的作用下保证内挡板1、外挡板2始终与压盘本体7贴合。
内挡板1和外挡板2上开设有若干用于安装孔压传感器10的螺纹孔6，孔压传感器10用于测试环形槽内填充材料的孔隙压力。试验过程中会在压盘总成的环形槽内填充土层（或砂层），土层（或砂层）孔隙压力的变化可以通过孔压传感器10来测取，孔压传感器10通过螺纹孔6安装在内挡板1和外挡板2上。
图2是本发明装置的侧视剖面示意图。参照图2所示，压盘总成通过压盘本体7安装在轴压输出装置或扭矩输出装置上，在满足刚度等设计参数的要求下，压盘本体7为减轻自身重量，可以将内部设计成各种中空形状，如图1和图2所示。外挡板2和内挡板1的单侧剖面图分别是“L”型和“L”镜像型，分别安装于环形的压盘本体7上部的内、外侧，且紧密接触，既要防止土层（或砂层）沿着内挡板1（或外挡板2）与压盘本体7间的缝隙流失又要使摩阻力尽可能地最小化。除此之外，为防止土层（或砂层）与压盘本体7接触界面间出现脱滑现象而引起试验失效，故将带有纹理的可更换的环形板11通过螺栓固定在压盘本体7上，作为环形槽的底侧，与环形槽内填充物直接接触，如图2所示；并且根据试验条件的需要可对其进行更换，比如纹理类型、纹理高度等等。
图3是本发明装置中内挡板1的结构示意图，图4是本发明装置中外挡板2结的构示意图。参照图3和图2，内挡板11是单侧剖面图为“L”沿竖边镜像型的环；参照图4和图2，外挡板2是单侧剖面图为“L”型的环，内挡板1和外挡板2上均设有用于安装孔压传感器10的螺纹孔6，第一折弯板和第二折弯边210上均设有用于安装连接杆3的安装孔8。
图5是本发明中弹性件的结构示意图，包括连接杆3、弹簧5和螺母4组合结构示意图。连接杆3用于连接内挡板1或外挡板2与压盘本体7，连接杆3与内挡板1和外挡板2为滑动连接，通过螺母4进行限位，参照图5和图2，连接杆3的长度以及螺母4与挡板连接杆3间的相对位置决定了内挡板1和外挡板2的伸缩行程，挡板弹簧5的性能决定了内挡板1和外挡板2的压缩与回弹性能。
图6是本发明装置中外挡板2螺纹孔6处安装孔隙孔压传感器10的剖面图。外挡板2因强度需要所以具有一定的壁厚，孔压传感器10从外挡板2外侧螺纹安装至螺纹孔6内一定深度，螺纹孔6内剩余空间安置透水石9以隔离孔压传感器10和压盘内土层（或砂层）达到保护孔压传感器10的目的。
本发明中的压盘***包括第一压盘总成和第二压盘总成，两个压盘总成结构相同，采用反向同轴相对夹持试样的方式，即第一压盘总成中压盘本体7下端面安装固定在轴压***伸缩端，带有纹理的可替换环形板11朝下方向；而第二压盘总成中压盘本体7安装固定在主机框架中扭矩***旋转轴输出端，带有纹理的可替换环形板11朝上方向，第一压盘总成和第二压盘总成同轴反向安装并保持一定距离空间。试验试样（包含黏土层、砂层以及各种类型土工合成材料等）安装在第一压盘总成与第二压盘总成之间的空间内，同轴压***相连接第一压盘总成对试样施加轴压力，同扭矩***相连接第二压盘总成对试样施加扭矩，从而可实现整体试样上端面承受轴压力、下端面承受扭矩的试验要求。
所述的一种自适应伸缩变形的压盘总成工作时，第一步是根据试验要求选择合适纹理的可替换环形板11，分别安装在第一压盘总成和第二压盘总成中压盘本体7上；第二步是将调制好的砂（也可以是其他土工材料）安装在第二压盘总成中内挡板11、外挡板22和压盘本体77围成的环形槽内形成一定厚度砂环；第三步是将调制好的黏土（也可以是其他土工材料）安装在第一压盘总成中内挡板1、外挡板2和压盘本体7围成的环形槽内形成一定厚度黏土环，黏土环和砂环均紧密压实在环形槽内，形成压实体；第四步是利用轴压***抬升第一压盘总成，保证第一压盘总成和第二压盘总成之间的距离空间可满足试验人员的操作空间需求（远大于试验用土工合成材料的总厚度），逐层安装裁剪好的土工合成材料试样，调节轴压***使得第一压盘总成内粘土环（包括内外挡板2边缘）与土工合成材料试样上表面接触（无压力）；第五步是根据试验要求调节轴压***，使得第一压盘总成对下层试样产生压力并达到试验指定值，第一压盘总成内黏土环在受到压力后自然产生无侧限压缩变形（粘土环侧向受到内外挡板2的限制）；与此同时，内挡板1和外挡板2随着黏土环的压缩变形而同步位移（自伸缩功能），防止黏土环压缩变形后内挡板1和外挡板2与接触的土工合成材料界面间的刚性摩擦；第六步是试样整体压缩变形结束后（达到试验设定法向应力），启动扭矩***，设定扭转模式（定速扭转和定扭矩扭转），从而实现第一压盘总成固定、第二压盘总成扭转的试验目标。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：包括与轴压输出装置连接的第一压盘总成、与扭矩输出装置连接的第二压盘总成，所述第一压盘总成包括压盘本体、内挡板和外挡板，所述压盘本体安装于轴压输出装置上，所述外挡板置于所述内挡板***，所述外挡板与所述内挡板相互配合形成一环形结构，所述压盘本体置于所述环形结构的一侧，所述压盘本体与所述内挡板、外挡板相互配合形成一端封闭另一端开口的环形槽，所述内挡板和所述外挡板均通过弹性件与所述压盘本体弹性连接，所述弹性件的伸缩方向与所述环形结构的轴向方向相同；
所述第二压盘总成与所述第一压盘总成相同，所述第二压盘总成中的压盘本体安装于所述扭矩输出装置上；所述第一压盘总成的环形槽和所述第二压盘总成的环形槽开口相对设置。
2.根据权利要求1所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述内挡板连接所述压盘本体的一端折弯，形成第一折弯边，所述内挡板通过所述第一折弯边和所述压盘本体弹性连接；所述外挡板连接所述压盘本体的一端折弯形成第二折弯边，所述外挡板通过所述第二折弯边和所述压盘本体弹性连接。
3.根据权利要求2所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述第一折弯边和所述第二折弯边分别置于所述环形结构两侧。
4.根据权利要求2所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述压盘本体为环形体，所述环形体的内侧设有第一凸缘，外侧设有第二凸缘，所述第一凸缘与所述第一折弯边通过所述弹性件弹性连接，所述第二凸缘与所述第二折弯边通过所述弹性件弹性连接。
5.根据权利要求1所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述弹性件包括连接柱和套于连接柱外侧的弹簧，所述连接柱一端连接内挡板或外挡板，另一端连接压盘本体，所述弹簧置于内挡板或外挡板与压盘本体之间，所述外挡板和内挡板上设有用于连接所述连接柱的安装孔，所述连接柱可在所述安装孔内滑动。
6.根据权利要求1所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述外挡板上开设有若干用于安装孔压传感器的螺纹孔，所述孔压传感器用于测试环形槽内填充材料的孔隙压力。
7.根据权利要求1所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述环形槽的底侧设有纹理环形板，所述纹理环形板上设有用于增加纹理环形板与环形槽内填充物之间摩擦的纹理，纹理类型根据试验需求自行设计。
8.根据权利要求1所述的可自适应伸缩变形的压盘***，其特征在于：所述压盘本体为环形体，所述内挡板贴合所述环形体的内边缘，所述外挡板贴合所述环形体的外边缘，当受到压力时，所述内挡板和所述外挡板分别沿所述环形体的内边缘和外边缘轴向移动。
9.一种基于权利要求1所述压盘***的使用方法，其特征在于：包括以下步骤
步骤1，在第一压盘总成和第二压盘总成中的环形槽内填充土层或沙层，并使第一压盘总成和第二压盘总成相对且两者之间间隔设定距离；
步骤2，在第一压盘总成和第二压盘总成之间铺设土工合成材料；
步骤3，移动第一压盘总成或第二压盘总成，使两者均与所述土工合成材料接触；
步骤4，启动轴压输出装置对土层或/和砂层、土工合成材料施加轴向压力；
步骤5，启动扭矩输出装置对土层或/和砂层、土工合成材料施加扭矩至设定值。
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| CN109557023A (zh) | 2019-04-02 |
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