CN114441341A - 一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,属于岩土体力学试验技术领域。一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,包括:反力框架、支撑组件、压紧组件、多向加荷组件及温控装置。本发明的反力框架上滑动设置有支撑组件,试件位于支撑组件和压紧组件之间,Z向加荷件位于压紧组件的顶面,通过压紧组件向试件施加荷载,X向加荷件和Y向加荷件分别与支撑组件的侧面接触,从而向支撑组件施加荷载,从而使得试件同时承受法向和水平方向的剪切荷载,加载条件与实际工程场地所受到的地震作用更为接近,剪应力可以直接施加,且所产生的剪应变可以直接测量,从而解决现有不方便对冰碛物进行动态性能测试的问题。
Description
技术领域
本发明涉及岩土体力学试验技术领域,具体涉及一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置。
背景技术
在自然环境十分复杂的西部艰险山区,陆地交通基础设施具有巨大需求和发展空间的同时,也面临着来自恶劣环境更为严峻的技术挑战和安全考验。在建的川藏铁路、沪昆高铁、成贵高铁等,已拉开了在西部艰险山区建造高速铁路的帷幕。
冰碛物是冰川运动过程中携带的大量岩土碎屑物质,因冰川消融而沉积形成的含漂砾、块石、碎石、砾石、粉土、粘土的宽级配混杂堆积体,是一种特殊的岩土材料。在川藏高原地区,冰碛物的物理力学性质、岩土材料可用性及其与地质灾害发育的关联性,对川藏公路的运营管理和拟建川藏铁路、川藏高速公路的规划选线提出了新的问题。
因此,对该地区冰碛物的岩土力学性能及地震荷载作用下冰碛物的动态力学性能进行研究极为关键。
通过土工测试仪器模拟土体(冰碛物)的天然应力状态,进而研究土体 (冰碛物)在实际荷载条件下的强度及变形特性,是指导并解决实际工程问题的重要依据。目前,土动力学特性测试方面的仪器主要有动三轴仪、动扭剪仪和动单剪仪等仪器。拟动荷作用,无法模拟主应力轴旋转;动扭剪仪则是在空心圆柱形试样上同时施加竖向荷载和水平向往复扭剪作用,可以用于研究复杂应力条件下土(冰碛物)的本构关系,但存在空心圆柱试样难于成样和剪应变不均匀等缺点;动单剪仪可对试样同时施加竖向与水平向剪切荷载,其加载条件与实际工程场地所受到的地震作用更为接近,剪应力可以直接施加,且所产生的剪应变可以直接量测。动单剪仪在模拟地震作用方面具有其他仪器所不具备的显著优点。因此,现有技术中存在不方便对冰碛物进行动态性能测试的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,以解决现有不方便对冰碛物进行动态性能测试的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,包括:反力框架、支撑组件、压紧组件、多向加荷组件以及温控装置;
支撑组件滑动设置在反力框架上,支撑组件的上方放置有试件,压紧组件与试件的顶面接触;
多向加荷组包括:与所述紧组件顶面接触的Z向加荷件以及分别与支撑组件接触的Y向加荷件和Z向加荷件,X向加荷件的延伸方向与Y向加荷件的延伸方向相垂直。
本发明的反力框架上滑动设置有支撑组件,试件位于支撑组件和压紧组件之间,Z向加荷件位于压紧组件的顶面,通过压紧组件向试件施加荷载,X 向加荷件和Y向加荷件分别与支撑组件的侧面接触,从而向支撑组件施加荷载,从而使得试件同时承受法向和水平方向的剪切荷载,加载条件与实际工程场地所受到的地震作用更为接近,剪应力可以直接施加,且所产生的剪应变可以直接测量,从而解决现有不方便对冰碛物进行动态性能测试的问题。
进一步地,上述支撑组件和压紧组件之间设置有刚性约束环,刚性约束环套设在试件外侧。
本发明通过设置刚性约束环对试件的横截面进行刚性限位,使得试件在试验过程中保持横截面不变,从而避免横截面变化而产生试验误差。
进一步地,上述支撑组件包括:与反力框架滑动配合的承压板、设置在承压板上方的基座以及位于基座上方的下底座,下底座的顶面与试件接触,基座的外壁分别与X向加荷件以及Y向加荷件接触。
本发明的基座与X向加荷件以及Y向加荷件接触,其底部设有承压板承受压力,顶部设有下底座与试件接触,使得基座发生位置变化时可通过下底座对试件的底部施加剪切力。
进一步地,上述承压板的底面连接有多个滚轮,反力框架上设有与滚轮滚动配合的滚槽。
本发明通过滚轮和滚槽的滚动配合使得承压板可带动基座沿滚槽进行移动,便于对真实地震时产生的剪切力进行模拟。
进一步地,上述下底座与试件之间还设置有下O型圈,下底座开设有与试件连通的下排水孔。
本发明通过设置下O型圈用于保证试件与下底座之间的密封性,并通过下排水孔方便将冰碛物的试件在试验过程中产生的液态水排出。
进一步地,上述压紧组件包括:位于试件上方的上压头以及设置在试件和上压头之间的上O型圈,上压头的顶面与Z向加荷件接触。
本发明Z向加荷件通过向上压头施加荷载,从而对试件的顶部进行挤压,上O型圈则用于保证上压头与试件之间的密封性。
进一步地,上述上压头开设有与试件连通的上排水孔。
本发明通过开设上排水孔方便将试件顶部受到荷载时产生的液态水进行排出
进一步地,上述试件的顶面和底面分别设置有透水石。
本发明通过设置透水石既能对试件进行一定的保护,还方便冰碛物试件产生的水分穿过从而排出。
进一步地,上述X向加荷件包括:连接在反力框架上的X向动力缸以及设置在X向动力缸端部的X向连接板;Y向加荷件包括:连接在反力框架上的Y向动力缸以及设置在Y向动力缸端部的Y向连接板,X向连接板和Y向连接板分别与支撑组件连接;Z向加荷件包括:连接在反力框架上的Z向动力缸以及设置在Z向动力缸端部的Z向连接板,Z向连接板与压紧组件连接。
本发明中的各个加荷件由动力缸进行动力驱动,通过连接板将动力缸的活塞杆与压紧组件或者支撑组件连接,从而实现荷载施加和传递。
进一步地,上述反力框架和试件之间设置有控温***,控温***包括:位于试件外侧的隔温盖、设置在隔温盖侧壁上的制冷器以及分别位于隔温盖的顶壁的排气阀和温度传感器,隔温盖与支撑组件密封配合,隔温盖的内侧形成有冷液腔体,Z向加荷件贯穿隔温盖的顶壁,隔温盖的底部连通有注液管路。
本发明通过设置控温***,在隔温盖和试件之间设置密封的冷液腔体,通过注液管路控制冷却液体的进出,配合制冷器对试件进行保温隔热,使试件保持冰碛物状态,从而避免试验过程中试件状态发生改变对测试结果产生影响。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的反力框架上滑动设置有支撑组件,试件位于支撑组件和压紧组件之间,Z向加荷件位于压紧组件的顶面,通过压紧组件向试件施加荷载,X向加荷件和Y向加荷件分别与支撑组件的侧面接触,从而向支撑组件施加荷载,从而使得试件同时承受法向和水平方向的剪切荷载,加载条件与实际工程场地所受到的地震作用更为接近,剪应力可以直接施加,且所产生的剪应变可以直接测量,从而解决现有不方便对冰碛物进行动态性能测试的问题。
(2)本发明通过设置刚性约束环对试件的横截面进行刚性限位,使得试件在试验过程中保持横截面不变,从而避免横截面变化而产生试验误差。
(3)本发明通过设置控温***,在隔温盖和试件之间设置密封的冷液腔体,通过注液管路控制冷却液体的进出,配合制冷器对试件进行保温隔热,使试件保持冰碛物状态,从而避免试验过程中试件状态发生改变对测试结果产生影响。
附图说明
图1为本发明用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置的结构示意图;
图2为本发明上压头和下底座之间的半剖图;
图3为本发明控温***的结构示意图。
图中:10-反力框架;11-滚槽;20-支撑组件;21-承压板;22-基座; 23-下底座;24-滚轮;25-下O型圈;26-下排水孔;30-压紧组件;31-上压头;32-上O型圈;33-上排水孔;40-多向加荷组件;41-X向加荷件;42-Y 向加荷件;43-Z向加荷件;44-X向动力缸;45-X向连接板;46-Y向动力缸; 47-Y向连接板;48-Z向动力缸;49-Z向连接板;51-透水石;60-刚性约束环;70-控温***;71-隔温盖;72-制冷器;73-排气阀;74-温度传感器; 75-冷液腔体;76-注液管路;77-防水轴承;78-隔热石棉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例
参照图1,一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,包括:反力框架10、支撑组件20、压紧组件30以及多向加荷组件40。反力框架10呈口字型的,其底部内壁开设有滚槽11,支撑组件20可沿滚槽11进行滑动,使得支撑组件20的水平位置方便进行调整。
参照图1和图2,支撑组件20包括:与反力框架10滑动配合的承压板 21、设置在承压板21上方的基座22以及位于基座22上方的下底座23,承压板21的底面连接有多个与滚槽11滚动配合的滚轮24,使得滚轮24可沿滚槽11滚动,从而带动承压板21进行移动。基座22的外壁与多向加荷组件40中的个别部件连接,下底座23的上方则用于放置进行试验的冰碛物试件。
在下底座23和试件之间还设置有下O型圈25,下O型圈25为橡胶材质,用于对试件和下底座23之间的空隙进行密封,避免冰碛物试件在试验过程中产生的液态水发生泄漏。在下底座23上还开设有与试件连通的下排水孔 26,下排水孔26用于将试件在试验过程中产生的液态水有序排出,可通过对排出的液态水的容量进行统计分析,从而对试件的动态进行判定。
压紧组件30位于试件的顶面,包括:与试件顶面接触的上压头31以及设置在试件和上压头31之间的上O型圈32,上压头31的顶面与多向加荷组件40中的部分组件接触。上O型圈32也为橡胶材质,用于对试件和上压头 31之间的空隙进行密封,避免冰碛物试件在试验过程中产生的液态水发生泄漏。上压头31上也开设有与试件连通的上排水孔33,上排水孔33用于将试件在试验过程中产生的液态水有序排出,可通过对排出的液态水的容量进行统计分析,从而对试件的动态进行判定。
多向加荷组件40包括:与上压头31顶面连接的Z向加荷件43以及分别与基座22不同侧面连接的X向加荷件41和Y向加荷件42,并且X向加荷件41的延伸方向和Y向加荷件42的延伸方向相垂直。X向加荷件41包括:连接在反力框架10上的X向动力缸44以及设置在X向动力缸44端部的X 向连接板45,X向连接板45与基座22的外侧壁连接;Y向加荷件42包括:连接在反力框架10上的Y向动力缸46以及设置在Y向动力缸46端部的Y 向连接板47,Y向连接板47与基座22的另一外侧壁连接。X向加荷件41 与Y向加荷件42位于同一水平高度,向基座22施加不同方向的荷载,使得基座22沿滚槽11发生位移,从而对上方的试件的底部产生剪切力。
Z向加荷件43包括:连接在反力框架10上的Z向动力缸48以及设置在 Z向动力缸48端部的Z向连接板49,Z向连接板49与上压头31的顶面连接, Z向动力缸48提供动力,通过上压头31向试件的顶部施加荷载对试件进行压紧,从而使试件的底部发生相应的形变。
试件为冰碛物,试验时将试件放置在上压头31和下底座23之间,并且试件的顶面和底面都设置有透水石51,透水石51与试件接触的一面为磨砂面,既能对试件进行保护的同时,还方便试验过程中产生的液态水穿过透水石51进入到上排水孔33和下排水孔26中。在试件的外侧还套设有刚性约束环60,刚性约束环60位于上压头31和下底座23之间,用于对试件进行约束限位,使得试件在试验过程中保持横截面不变,从而避免横截面变化而产生试验误差。
参照图3,还可以在试件的外侧和反力框架10的内壁之间设置控温*** 70,控温***70包括:位于试件外侧的隔温盖71、设置在隔温盖71侧壁上的制冷器72以及分别位于隔温盖71顶壁的排气阀73和温度传感器74。隔温盖71和基座22之间密封配合,使得隔温盖71的内侧形成有冷液腔体75。隔温盖71的底部还连通有注液管路76,注液管路76从基座22的侧壁穿入,再由基座22的顶面穿出,从而与冷液腔体75连通,方便冷却液体的流入和流出。制冷器72的数量为多个,并且均匀分布在隔温盖71的侧壁,从而避免冷液腔体75不同位置存在温差。Z向动力缸48贯穿隔温盖71的顶壁,并且在贯穿处设置有防水轴承77。隔温盖71的外壁还设置有隔热石棉78,从而进一步对冷液腔体75进行保温隔热。本发明通过设置控温***70,方便对试件进行保温隔热,使试件保持冰碛物状态,从而避免试验过程中试件状态发生改变对测试结果产生影响。
本发明的操作过程:(1)多向加荷组件40施加荷载;(2)上压头31 对试件进行压紧;(3)基座22沿滚槽11发生位移,并通过向试件的底部施加剪切力;(4)试件底部发生形变,并产生有液态水分别经上排水孔33 和下排水孔26流出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,包括:反力框架(10)、支撑组件(20)、压紧组件(30)以及多向加荷组件(40);
所述支撑组件(20)滑动设置在所述反力框架(10)上,所述支撑组件(20)的上方放置有试件,所述压紧组件(30)与试件的顶面接触;
所述多向加荷组件(40)包括:与所述压紧组件(30)顶面接触的Z向加荷件(43)以及分别与所述支撑组件(20)接触的X向加荷件(41)和Y向加荷件(42),所述X向加荷件(41)的延伸方向与所述Y向加荷件(42)的延伸方向相垂直。
2.根据权利要求1所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述支撑组件(20)和所述压紧组件(30)之间设置有刚性约束环(60),所述刚性约束环(60)套设在试件外侧。
3.根据权利要求1所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述支撑组件(20)包括:与所述反力框架(10)滑动配合的承压板(21)、设置在所述承压板(21)上方的基座(22)以及位于所述基座(22)上方的下底座(23),所述下底座(23)的顶面与试件接触,所述基座(22)的外壁分别与所述X向加荷件(41)以及所述Y向加荷件(42)接触。
4.根据权利要求3所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述承压板(21)的底面连接有多个滚轮(24),所述反力框架(10)上设有与所述滚轮(24)滚动配合的滚槽(11)。
5.根据权利要求4所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述下底座(23)与试件之间还设置有下O型圈(25),所述下底座(23)开设有与试件连通的下排水孔(26)。
6.根据权利要求1所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述压紧组件(30)包括:位于试件上方的上压头(31)以及设置在试件和所述上压头(31)之间的上O型圈(32),所述上压头(31)的顶面与所述Z向加荷件(43)接触。
7.根据权利要求6所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述上压头(31)开设有与试件连通的上排水孔(33)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,试件的顶面和底面分别设置有透水石(51)。
9.根据权利要求8所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述X向加荷件(41)包括:连接在所述反力框架(10)上的X向动力缸(44)以及设置在所述X向动力缸(44)端部的X向连接板(45);所述Y向加荷件(42)包括:连接在所述反力框架(10)上的Y向动力缸(46)以及设置在所述Y向动力缸(46)端部的Y向连接板(47),所述X向连接板(45)和所述Y向连接板(47)分别与所述支撑组件(20)连接;所述Z向加荷件(43)包括:连接在所述反力框架(10)上的Z向动力缸(48)以及设置在所述Z向动力缸(48)端部的Z向连接板(49),所述Z向连接板(49)与所述压紧组件(30)连接。
10.根据权利要求1至7任一项所述的用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置,其特征在于,所述反力框架(10)和试件之间设置有控温***(70),所述控温***(70)包括:位于试件外侧的隔温盖(71)、设置在所述隔温盖(71)侧壁上的制冷器(72)以及分别位于所述隔温盖(71)的顶壁的排气阀(73)和温度传感器(74),所述隔温盖(71)与所述支撑组件(20)密封配合,所述隔温盖(71)的内侧形成有冷液腔体(75),所述Z向加荷件(43)贯穿所述隔温盖(71)的顶壁,所述隔温盖(71)的底部连通有注液管路(76)。
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- 2022-01-24 CN CN202210078960.4A patent/CN114441341A/zh active Pending
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