CN114755117A - 基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***及方法 - Google Patents

基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***及方法 Download PDF

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CN114755117A CN202210663760.5A CN202210663760A CN114755117A CN 114755117 A CN114755117 A CN 114755117A CN 202210663760 A CN202210663760 A CN 202210663760A CN 114755117 A CN114755117 A CN 114755117A
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张世豪
贺建先
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余鹏程
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黄达
张俊云
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Abstract

本发明公开了一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***及方法，包括：控制***、与控制***通信连接的振动台、设置在振动台顶端的剪切盒、以及与控制***通信连接的动力机构；振动台的四周设置有振动台基础、以及设置在振动台基础上的水平作动器，每个水平作动器的输出端与振动台的四周的侧壁连接且位于同一平面；振动台基础上设置有反力架，反力架上设置有竖向作动器，竖向作动器的输出端与剪切盒的顶端连接，动力机构根据控制***的指令对水平作动器和竖向作动器提供动力源。本发明通过水平作动器和竖向作动器、振动台实现多方向独立应力加载，真实的模拟土石混合体在多向地震作用下的力学特性。

Description

基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***及方法
技术领域
本发明涉及岩土体力学试验领域，具体涉及一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***及方法。
背景技术
我国西部山区是典型的高山峡谷地区，区域内地质构造复杂，地形高差显著，活动断裂分布广，地震灾害频发。受区域内地质环境复杂、气候条件等内外动力作用，该地区土石混合体边坡分布广泛，对于静力条件下稳定的边坡，在地震荷载的动态循环剪切作用下边坡发生错动或滑动而导致土体强度降低，进而产生边坡失稳，引发地质灾害，带来重大的财产损失、人员伤亡和生态环境的破坏。现有受制于岩土体力学测试设备加载应变率及荷载范围以及试样尺寸大小，现有仪器设备难以实现对土石混合体施加变幅变频及多向的动荷载，不能真实的模拟在地震荷载作用下土石混合体的强度衰减规律及动态特性。
现有的土石混合体存在显著的尺寸效应，常规的室内动三轴设备和动单剪设备由于试样尺寸和动荷载加载方向限制，导致其不能很好的模拟土石混合体在多向地震荷载作用下的物理力学特性；常规的大型动态三轴试验设备虽然解决了试样尺寸限制的问题，但不能实现多向加载从而无法真实的模拟土石混合体在地震动作用下的物理力学特性。然而，受制于岩土体力学测试设备加载应变率及荷载范围以及试样尺寸大小，现有仪器设备难以实现对土石混合体施加变幅变频及多向的动荷载，不能真实的模拟在地震荷载作用下土石混合体的强度衰减规律及动态特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***及方法，以解决现有岩土体力学测试装备无法多向动态加载模拟岩土体的动力响应，从而导致试验数据效果差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，包括：控制***、与控制***通信连接的振动台、设置在振动台顶端的剪切盒、以及与控制***通信连接的动力机构；
振动台的四周设置有振动台基础、以及设置在振动台基础上的水平作动器，每个水平作动器的输出端与振动台的四周的侧壁连接且位于同一平面；
振动台基础上设置有反力架，反力架上设置有竖向作动器，竖向作动器的输出端与剪切盒的顶端连接，动力机构根据控制***的指令对水平作动器和竖向作动器提供动力源；
水平作动器和剪切盒上分别设置有与控制***通信连接的位移传感器，振动台上设置有与控制***通信连接的加速度传感器。
采用上述技术方案的有益效果为：通过操作控制***输出指令并驱动动力机构和振动台，振动台在工作时相当于震源，振动台基础的自振频率在振动台的工作范围内会发生强烈的共振；动力机构驱动水平作动器和竖向作动器对振动台和剪切盒实现基本控制功能，输出动力机构和控制***的控制指令，从而控制振动台和剪切盒的运动。位移传感器用于采集位移信号，加速度传感器用于采集振动台上的加速度信号，并将采集到的数据传输到控制***上，并根据实验要求设置法向及其他方向的荷载大小及振动频率，通过控制***，记录土石混合体在静、动力作用下的应力变化。
进一步地，剪切盒包括设置在振动台的顶端的底座、以及设置在底座顶端的上压头，底座远离振动台的一端与上压头之间设置用于密封试样的有橡皮膜，橡皮膜的***套设有多个轴向重叠放置的叠环，位移传感器设置在上压头的侧壁，竖向作动器的输出端与上压头的顶端连接。
采用上述技术方案的有益效果为：多个叠环轴向重叠放置使试样在剪切盒的运动过程中保持横截面不变，同时使剪应力均匀的分布在试样上。竖向作动器的输出端与上压头连接，实现了对上压头的应力加载，以及通过振动台，实现了多方向独立应力加载。将试样放置在剪切盒的橡皮膜内，通过水平作动器、竖向作动器以及振动台，从而使得剪切盒内的试样实现在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的应力加载，通过位移传感器采集上压头的位移信号，并将位移信号实时反馈到控制***上，控制***记录土石混合体在静、动力作用下的应力变化，并对加载力进行动态调整，从而实现真实可控的应力加载。
进一步地，顶端的叠环的两侧至底端的叠环的两侧设置有限位螺栓。
采用上述技术方案的有益效果为：通过在叠环的两侧设置限位螺栓，防止剪切盒内的试样出现过大的侧向剪切的问题，从而提高了实验精度。
进一步地，竖向作动器与上压头之间通过钢板连接。
采用上述技术方案的有益效果为：通过设置钢板，提高水竖向作动器与上压头之间的连接稳定性，同时还具有足够的刚度并且使应力分布均匀。
进一步地，底座通过固定螺栓与振动台螺纹连接。
采用上述技术方案的有益效果为：通过固定螺栓使剪切盒的底座与振动台螺纹连接，方便安装和拆卸。
进一步地，控制***包括电脑端、与电脑端通信连接的振动控制器、与振动控制器通信连接的伺服控制器，振动控制器根据电脑端的指令驱动伺服控制器对动力机构发出控制指令，位移传感器、加速度传感器分别与振动控制器通信连接。
采用上述技术方案的有益效果为：振动控制器根据电脑端的预先输入的指令驱动伺服控制器，伺服控制器控制动力机构，动力机构驱动水平作动器和竖向作动器，竖向作动器作用于剪切盒的上压头，水平作动器作用于振动台，从而控制台面的运动。水平作动器上的位移传感器用于采集振动台的位移信号，上压头上的位移传感器用于采集上压头的位移信号，加速度传感器用于采集振动台的加速度信号，并将位移信号和加速度信号传递给振动控制器，振动控制器用于接收位移信号、加速度信号等反馈信号，并根据加速度信号调整作用于振动台的荷载大小及振动频率。动力机构输出指令信号，实现振动台的运动闭环控制功能，从而实现加载力的动态调整，实现真实可控的应力加载。
进一步地，动力机构包括分别与竖向作动器以及多个水平作动器动力连接的液压控制***、以及用于为液压控制***提供动力的蓄能器，液压控制***与伺服控制器通信连接。
采用上述技术方案的有益效果为：液压控制***根据伺服控制器对水平作动器和竖向作动器输出指令信号，实现作水平作动器和竖向作动器的基本控制功能，从而控制台面的运动；蓄能器可以为水平作动器和竖向作动器以及液压控制***提高频大幅值供动力源。
本发明还提供一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***的测试方法，包括以下步骤：
S1：检查测试***，然后对控制***进行指令设置；
S2：通过操作动力机构抬升竖向作动器，按照试验要求在剪切盒内放入试样，然后在剪切盒上安装位移传感器，并调整竖向作动器和位移传感器的数值；
S3：开启控制***，先通过动力机构控制竖向作动器按照一定速率施加法向拉/压力；待荷载稳定后，然后再通过动力机构控制振动台并按照控制***预先输入的指令给试样施加水平剪力，直至试样破坏，并根据配置的高清摄像机记录试样剪切面破坏过程；
S4：步骤S3中的剪切位移达到设定行程后，控制***停止剪切行程，同时保存数据并卸除竖向作动器的竖向压力，然后基于控制***采集的数据进行试验数据分析及处理，对试样力学测试性能进行评价；
S5：试验完成后，将试样从剪切盒内取出，并对剪切盒进行清理并关闭测试***。
采用上述技术方案的有益效果为：通过控制***，能实现地震应变率和多频率段加载。利用该***可以研究地震动多向性对土石混合体的动力特性的影响，有利于揭示边坡动力失稳机理。
进一步地，步骤S1中在剪切盒上重叠放置叠环，然后对控制***中的电脑端进行指令设置；
步骤S3中通过动力机构控制振动台并按照控制***的电脑端预先输入的指令给试样施加水平剪力，直至试样破坏；电脑端将对剪切荷载、剪切位移、法向荷载、法向位移进行实时自动采集和保存，并根据配置的高清摄像机记录试样剪切面破坏过程。
采用上述技术方案的有益效果为：叠环轴向重叠放置使试样在剪切盒的运动过程中保持横截面不变，同时使剪应力均匀的分布在试样上。
进一步地，步骤S4中对试样力学测试性能进行评价时，首先获取剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数、土石混合体参数衰减规律，再对获取的剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数和土石混合体参数衰减规律进行分析处理，从而得到土石混合体的内摩擦角
Figure 754295DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C。
采用上述技术方案的有益效果为：实现对试样的水平和垂直方向的多向动态加载；通过测试***，揭示了土石混合体强度衰减规律、解决了多向地震作用下土石混合体剪切力学性质问题、探究土石混合体边坡动力失稳机理三个关键的科学问题，通过摩擦角
Figure 737294DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C的大小对试样力学测试性能进行评价。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过振动台和剪切盒组成测试装置，通过水平作动器和竖向作动器，其振动台可实现同时沿着X和Y方向的平动和绕Z轴转动，高精度三向控制伺服控制器，能实现模拟地震应变率和多频率段加载，从而实现多方向独立应力加载，真实的模拟岩体在多向地震作用下的力学特性，提高了试验数据的合理性与准确度；
2、实现对试样的水平和垂直方向的多向动态加载；通过控制***，能实现地震应变率和多频率段加载。利用该***可以研究地震动多向性对土石混合体的动力特性的影响，有利于揭示边坡动力失稳机理。通过研制的土石混合体多向动态剪切测试***，拟揭示土石混合体强度衰减规律；解决多向地震作用下土石混合体剪切力学性质问题；探究土石混合体边坡动力失稳机理三个关键的科学问题。
附图说明
图1为测试***的整体结构示意图；
图2为振动台与剪切盒的连接结构示意图；
图3为振动台的结构示意图；
图4为叠环的结构示意图；
图5剪切力-剪切位移曲线参考图；
图6为土石混合体强度-应变率曲线参考图；
图7为土石混合体强度衰减规律曲线示意图。
图中：1-控制***、101-电脑端、102-振动控制器、103-伺服控制器、2-振动台、201-振动台基础、202-水平作动器、203-反力架、204-竖向作动器、3-剪切盒、301-底座、302-上压头、303-叠环、4-动力机构、401-液压控制***、402-蓄能器、5-位移传感器、6-加速度传感器、7-限位螺栓、8-钢板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，包括：控制***1、与控制***1通信连接的振动台2、设置在振动台2顶端的剪切盒3、以及与控制***1通信连接的动力机构4；通过操作控制***1输出指令并驱动动力机构4和振动台2。
振动台2的四周设置有振动台基础201、以及设置在振动台基础201上的水平作动器202，每个水平作动器202的输出端与振动台2的四周的侧壁连接且位于同一平面；振动台2在工作时相当于震源，振动台基础201的自振频率在振动台2的工作范围内会发生强烈的共振。通过振动台2以及振动台基础201，实现振动台2沿X和Y轴移动和绕Z轴转动，从而实现对剪切盒3内的试样进行多方向的独立应力加载。
振动台基础201上设置有反力架203，反力架203上设置有竖向作动器204，竖向作动器204的输出端与剪切盒3的顶端连接，动力机构4根据控制***1的指令对水平作动器202和竖向作动器204提供动力源。反力架203为竖向作动器204的法向荷载施加，以及为竖向作动器204提供支撑和操作空间。动力机构4驱动水平作动器202和竖向作动器204对振动台2和剪切盒3实现基本控制功能，输出动力机构4和控制***1的控制指令，从而控制振动台2和剪切盒3的运动。
水平作动器202、剪切盒3上分别设置有与控制***1通信连接的位移传感器5。位移传感器5用于采集位移信号，并将采集到的数据传输到控制***1上，并根据实验要求设置法向及其他方向的荷载大小及振动频率，记录土石混合体在静、动力作用下的应力变化。振动台2上设置有与控制***1通信连接的加速度传感器6，加速度传感器6采集振动台2上振动的加速度信号，并将采集的加速度信号传递到控制***1上，控制***1根据加速度信号调整作用于振动台2的荷载大小及振动频率。
如图2和图4所示，剪切盒3包括设置在振动台2的顶端的底座301、以及设置在底座301顶端的上压头302，底座301远离振动台2的一端与上压头302之间设置用于密封试样的橡皮膜，橡皮膜的***套设有多个轴向重叠放置的叠环303，位移传感器5设置在上压头302的侧壁，位移传感器5将采集的上压头302的位移信号传输到控制***1上，控制***1记录土石混合体在静、动力作用下的应力变化；从而实现加载力的动态调整，实现真实可控的应力加载。竖向作动器204的输出端与上压头302的顶端连接，实现了对上压头302的应力加载。
其中，底座301通过固定螺栓与振动台2螺纹连接，便于根据不同规格的试样，安装和更换与试样匹配的剪切盒3。多个叠环303轴向重叠放置使试样在剪切盒3的运动过程中保持横截面不变，同时使剪应力均匀的分布在试样上。
在本实施例中，顶端的叠环303的两侧至底端的叠环303的两侧设置有限位螺栓7，限位螺杆7用于防止剪切盒3内的试样出现过大的侧向剪切的问题；在本发明的其他实施例中也可以采用限位杆等用于对叠环303进行限位。
优选地，竖向作动器204与上压头302之间通过钢板8连接，提高水竖向作动器204与上压头302之间的连接稳定性，同时还具有足够的刚度并且使应力分布均匀。
如图1所示，控制***1包括电脑端101、与电脑端101通信连接的振动控制器102、与振动控制器102通信连接的伺服控制器103，振动控制器102根据电脑端101的指令驱动伺服控制器103对动力机构4发出控制指令，位移传感器5、加速度传感器6分别与振动控制器102通信连接。在使用本测试***时，预先在电脑端101输入目标指令，目标指令可以为地震波，振动控制器102根据电脑端101的指令驱动伺服控制器103对动力机构4发出控制指令，动力机构4驱动水平作动器202和竖向作动器204，竖向作动器204作用与剪切盒3的上压头302，水平作动器202作用于振动台2，从而实现多方向独立应力加载，真实的模拟岩体在多向地震作用下的力学特性。
动力机构4包括分别与竖向作动器204以及多个水平作动器202动力连接的液压控制***401、以及用于为液压控制***401提供动力的蓄能器402，液压控制***401与伺服控制器103通信连接。蓄能器402可以为水平作动器202和竖向作动器204以及液压控制***401提供动力源。液压控制***401根据伺服控制器103对水平作动器202和竖向作动器204输出指令信号，实现作水平作动器202和竖向作动器204的基本控制功能，从而振动台面的运动。
在本实施例中，位移传感器5采用现有LVDT位移传感器，采用的是MST公司的RHM系列的LVDT位移传感器，加速度传感器6采用现有的加速度传感器，其具体的型号为CA-DR-1005。水平作动器202和竖向作动器204采用现有液压缸。
本发明还提供一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***的测试方法，包括以下步骤：
S1：检查测试***，然后对控制***1进行指令设置；其指令设置是对控制***1中的电脑端101进行的指令设置；
步骤S1中在剪切盒3上重叠放置叠环303，然后对控制***1中的电脑端101进行指令设置；根据试样的尺寸选择合适的剪切盒3和叠环303，叠环303位于橡皮膜的***并轴向重叠放置，叠环303用于保证试样在剪切盒3的运动过程中保持横截面不变，同时使剪应力均匀的分布在试样上，将电脑端101的指令设置为地震波。
S2：通过操作动力机构4抬升竖向作动器204，按照试验要求在剪切盒3内放入试样，然后在剪切盒3上安装位移传感器5，并调整竖向作动器204和位移传感器5的数值；
在剪切盒3的上压头302上安装位移传感器5，并将竖向作动器204的轴向荷载设置为零，将位移传感器5的数值清零，用于保证在后续试验时，竖向作动器204和位移传感器5所产生和测量的数值准确。
S3：开启控制***1，先通过动力机构4控制竖向作动器204按照一定速率施加法向拉/压力；待荷载稳定后，然后再通过动力机构4控制振动台2并按照控制***1预先输入的指令给试样施加水平剪力，直至试样破坏，并根据配置的高清摄像机记录试样剪切面破坏过程；
步骤S3中通过动力机构4控制振动台2并按照控制***1的电脑端101预先输入的指令给试样施加水平剪力，直至试样破坏；电脑端101将对剪切荷载、剪切位移、法向荷载、法向位移进行实时自动采集和保存，并根据配置的高清摄像机记录试样剪切面破坏过程。
其中对电脑端101输入的指令包括地震波、实际地震荷载、正弦荷载、矩形荷载等，在本实施例中对电脑端101输入的地震波指令；高清摄像机为外部设备，用于记录控制***1中的试样剪切面破坏过程。
S4：步骤S3中的剪切位移达到设定行程后，控制***1停止剪切行程，同时保存数据并卸除竖向作动器204的竖向压力，然后基于控制***1采集的数据进行试验数据分析及处理，对试样力学测试性能进行评价；
其中基于控制***1采集的数据进行试验数据分析及处理主要是基于电脑端101采集的数据进行试验数据分析及处理。
S5：试验完成后，将试样从剪切盒3内取出，并对剪切盒3进行清理并关闭测试***。
采用风枪吹出剪切盒3中的水分及灰尘，同时对剪切盒3进行防锈处理。
如图5至图7所示，在步骤S4中对试样力学测试性能进行评价时，首先获取剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数、土石混合体参数衰减规律，再对获取的剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数和土石混合体参数衰减规律进行分析处理，从而得到土石混合体的内摩擦角
Figure 601345DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C；对试样力学测试性能进行评价时主要通过在地震应变率的条件下进行；根据内摩擦角
Figure 133827DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C的值的大小对试样力学测试性能进行评价。
获取剪切力-位移曲线包括：以剪切力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪切力-剪切位移关系曲线，得到剪切力-剪切位移曲线参考图；
不同应变率条件下的强度参数：以土石混合体强度为纵坐标，应变率为横坐标，得到土石混合体强度-应变率曲线参考图，以相同的正应力，施加不同的应变率，得到不同应变率条件下的强度参数；
土石混合体强度衰减规律：在进行动态剪切试验时，根据第1次和第N次循环土体的动剪切模量定义软化指数，考虑剪切荷载作用下土石混合体的动剪切模量的衰减；在应变控制条件下和应力控制条件下，通过软化指数的定义，根据软化模型得到土石混合体强度衰减规律；
在应变控制条件下，软化指数公式为：
Figure 425131DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 161006DEST_PATH_IMAGE003
为软化系数；G N 和G 1分别为第N次和第1次的循环割线模量；
Figure 828747DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 215735DEST_PATH_IMAGE005
分别为第N次和第1次的循环剪应力；
Figure 677940DEST_PATH_IMAGE006
为恒定剪切应变幅值。
在应力控制条件下，软化指数公式为：
Figure 901111DEST_PATH_IMAGE007
式中：
Figure 90653DEST_PATH_IMAGE003
为软化系数；G N 和G 1分别为第N次和第1次的循环割线模量；
Figure 348459DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 981566DEST_PATH_IMAGE009
分别为第N次循环过程中最大和最小剪应力；
Figure 957612DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 701577DEST_PATH_IMAGE011
分别为第N次循环过程中最大和最小剪应变；
Figure 797578DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 601586DEST_PATH_IMAGE013
分别为第1次循环过程中最大和最小剪应力；
Figure 799349DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 596273DEST_PATH_IMAGE015
分别为第1次循环过程中最大和最小剪应变；
Figure 563092DEST_PATH_IMAGE016
为动荷载。
通过电脑端101分别对剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数和土石混合体参数衰减规律的数据进行分析处理，从而得到土石混合体的内摩擦角
Figure 803580DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C，并通过内摩擦角
Figure 223060DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C的大小对试样力学测试性能进行评价。
综上所述，振动控制器102根据电脑端101的指令驱动伺服控制器103对液压控制***401发出控制指令，液压控制***401驱动水平作动器202和竖向作动器204，竖向作动器204作用与剪切盒3的上压头302，水平作动器202作用于振动台2，从而控制台面的运动。位移传感器5、和加速度传感器6均与振动控制器102通信连接，水平作动器202上的位移传感器5用于采集振动台2的位移信号，上压头302上的位移传感器5用于采集上压头302的位移信号，加速度传感器6用于测量振动台2的加速度信号，并将位移信号和加速度信号传递给振动控制器102，振动控制器102用于接收位移信号、加速度信号等反馈信号，动力机构4上的液压控制***401输出指令信号，实现振动台2的运动闭环控制功能，从而实现加载力的动态调整，实现真实可控的应力加载。
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)

1.一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，包括：控制***（1）、与所述控制***（1）通信连接的振动台（2）、设置在所述振动台（2）顶端的剪切盒（3）、以及与所述控制***（1）通信连接的动力机构（4）；
所述振动台（2）的四周设置有振动台基础（201）、以及设置在所述振动台基础（201）上的水平作动器（202），每个所述水平作动器（202）的输出端与所述振动台（2）的四周的侧壁连接且位于同一平面；
所述振动台基础（201）上设置有反力架（203），所述反力架（203）上设置有竖向作动器（204），所述竖向作动器（204）的输出端与所述剪切盒（3）的顶端连接，所述动力机构（4）根据所述控制***（1）的指令对所述水平作动器（202）和所述竖向作动器（204）提供动力源；
所述水平作动器（202）和所述剪切盒（3）上分别设置有与所述控制***（1）通信连接的位移传感器（5），所述振动台（2）上设置有与所述控制***（1）通信连接的加速度传感器（6）。
2.根据权利要求1所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，所述剪切盒（3）包括设置在所述振动台（2）的顶端的底座（301）、以及设置在所述底座（301）顶端的上压头（302），所述底座（301）远离所述振动台（2）的一端与所述上压头（302）之间设置用于密封试样的有橡皮膜，所述橡皮膜的***套设有多个轴向重叠放置的叠环（303），所述位移传感器（5）设置在所述上压头（302）的侧壁，所述竖向作动器（204）的输出端与所述上压头（302）的顶端连接。
3.根据权利要求2所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，顶端的所述叠环（303）的两侧至底端的所述叠环（303）的两侧设置有限位螺栓（7）。
4.根据权利要求2所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，所述竖向作动器（204）与所述上压头（302）之间通过钢板（8）连接。
5.根据权利要求2所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，所述底座（301）通过固定螺栓与所述振动台（2）螺纹连接。
6.根据权利要求2至5任一项所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，所述控制***（1）包括电脑端（101）、与所述电脑端（101）通信连接的振动控制器（102）、与所述振动控制器（102）通信连接的伺服控制器（103），所述振动控制器（102）根据所述电脑端（101）的指令驱动所述伺服控制器（103）对所述动力机构（4）发出控制指令，位移传感器（5）、加速度传感器（6）分别与所述振动控制器（102）通信连接。
7.根据权利要求6所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***，其特征在于，所述动力机构（4）包括分别与所述竖向作动器（204）以及多个所述水平作动器（202）动力连接的液压控制***（401）、以及用于为所述液压控制***（401）提供动力的蓄能器（402），所述液压控制***（401）与所述伺服控制器（103）通信连接。
8.基于权利要求1至7任一项所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检查测试***，然后对控制***（1）进行指令设置；
S2：通过操作动力机构（4）抬升竖向作动器（204），按照试验要求在剪切盒（3）内放入试样，然后在剪切盒（3）上安装位移传感器（5），并调整竖向作动器（204）和位移传感器（5）的数值；
S3：开启控制***（1），先通过动力机构（4）控制竖向作动器（204）按照一定速率施加法向拉/压力；待荷载稳定后，然后再通过动力机构（4）控制振动台（2）并按照控制***（1）预先输入的指令给试样施加水平剪力，直至试样破坏，并根据配置的高清摄像机记录试样剪切面破坏过程；
S4：步骤S3中的剪切位移达到设定行程后，控制***（1）停止剪切行程，同时保存数据并卸除竖向作动器（204）的竖向压力，然后基于控制***（1）采集的数据进行试验数据分析及处理，对试样力学测试性能进行评价；
S5：试验完成后，将试样从剪切盒（3）内取出，并对剪切盒（3）进行清理并关闭测试***。
9.根据权利要求8所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***的测试方法，其特征在于，步骤S1中在剪切盒（3）上重叠放置叠环（303），然后对控制***（1）中的电脑端（101）进行指令设置；
步骤S3中通过动力机构（4）控制振动台（2）并按照控制***（1）的电脑端（101）预先输入的指令给试样施加水平剪力，直至试样破坏；电脑端（101）将对剪切荷载、剪切位移、法向荷载、法向位移进行实时自动采集和保存，并根据配置的高清摄像机记录试样剪切面破坏过程。
10.根据权利要求8所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试***的测试方法，其特征在于，步骤S4中对试样力学测试性能进行评价时，首先获取剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数、土石混合体参数衰减规律，再对获取的剪切力-剪切位移曲线、不同应变率条件下的强度参数和土石混合体参数衰减规律进行分析处理，从而得到土石混合体的内摩擦角
Figure 525723DEST_PATH_IMAGE001
和黏聚力C。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117388088A (zh) * 2023-10-26 2024-01-12 深圳大学 微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置及方法

Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101603903A (zh) * 2009-07-07 2009-12-16 河海大学 叠环式剪切仪及其对复合衬垫材料***测试的方法
CN102269676A (zh) * 2011-05-12 2011-12-07 河海大学 一种高精度土工单剪仪及使用方法
CN102564845A (zh) * 2012-01-11 2012-07-11 河海大学 一种土与结构物接触面力学双向振动力学特性测试仪器
CN203259425U (zh) * 2013-04-28 2013-10-30 河海大学 一种大型粗粒料叠环式水平循环单剪设备
CN203705277U (zh) * 2014-02-14 2014-07-09 湖州职业技术学院 一种大型高精度单剪仪结构
CN104062192A (zh) * 2014-06-25 2014-09-24 成都东华卓越科技有限公司 一种新型自动控制叠环式剪切试验仪
CN104374648A (zh) * 2014-11-20 2015-02-25 广州市建筑科学研究院有限公司 一种测试管桩与注浆土体之间动力剪切特性的试验装置及方法
CN204374010U (zh) * 2014-12-25 2015-06-03 西南交通大学 一种振动台叠层剪切试验土箱的顶部加载***
CN104849151A (zh) * 2015-05-29 2015-08-19 武汉大学 一种可适应自由剪切变形的活动板叠环剪切仪
CN105571957A (zh) * 2016-02-02 2016-05-11 河海大学 测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱及使用方法
CN105842086A (zh) * 2016-06-08 2016-08-10 长江水利委员会长江科学院 一种低摩阻叠环式双向动剪切试验机
CN106872290A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 扬州大学 一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪和方法
CN108037023A (zh) * 2018-02-01 2018-05-15 福建省地质工程勘察院 一种叠环剪切盒及基于叠环剪切盒的叠环式剪切试验
CN110208114A (zh) * 2019-06-25 2019-09-06 中国矿业大学 一种用于模拟动力接触问题的界面振动单剪试验装置及方法
CN110940598A (zh) * 2019-12-20 2020-03-31 河海大学 一种多功能冻土循环单剪试验装置及试验方法
WO2020074014A1 (zh) * 2018-10-08 2020-04-16 中国科学院地质与地球物理研究所 一种岩体结构面动态循环直剪试验方法
CN111751072A (zh) * 2020-06-19 2020-10-09 东南大学 一种电磁激励超重力振动台模拟装置及模拟方法
CN112781977A (zh) * 2021-01-27 2021-05-11 武汉理工大学 反力式叠层剪切模型箱
CN114324010A (zh) * 2022-03-09 2022-04-12 西南交通大学 基于振动台原理的岩体结构面多向动态剪切力学测试***
CN114354108A (zh) * 2021-12-16 2022-04-15 广州市高速公路有限公司 一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法
CN114441341A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 西南交通大学 一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置
CN216791908U (zh) * 2022-01-25 2022-06-21 西南交通大学 一种多向动态土石混合体力学测试装置

Patent Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101603903A (zh) * 2009-07-07 2009-12-16 河海大学 叠环式剪切仪及其对复合衬垫材料***测试的方法
CN102269676A (zh) * 2011-05-12 2011-12-07 河海大学 一种高精度土工单剪仪及使用方法
CN102564845A (zh) * 2012-01-11 2012-07-11 河海大学 一种土与结构物接触面力学双向振动力学特性测试仪器
CN203259425U (zh) * 2013-04-28 2013-10-30 河海大学 一种大型粗粒料叠环式水平循环单剪设备
CN203705277U (zh) * 2014-02-14 2014-07-09 湖州职业技术学院 一种大型高精度单剪仪结构
CN104062192A (zh) * 2014-06-25 2014-09-24 成都东华卓越科技有限公司 一种新型自动控制叠环式剪切试验仪
CN104374648A (zh) * 2014-11-20 2015-02-25 广州市建筑科学研究院有限公司 一种测试管桩与注浆土体之间动力剪切特性的试验装置及方法
CN204374010U (zh) * 2014-12-25 2015-06-03 西南交通大学 一种振动台叠层剪切试验土箱的顶部加载***
CN104849151A (zh) * 2015-05-29 2015-08-19 武汉大学 一种可适应自由剪切变形的活动板叠环剪切仪
CN105571957A (zh) * 2016-02-02 2016-05-11 河海大学 测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱及使用方法
CN105842086A (zh) * 2016-06-08 2016-08-10 长江水利委员会长江科学院 一种低摩阻叠环式双向动剪切试验机
CN106872290A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 扬州大学 一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪和方法
CN108037023A (zh) * 2018-02-01 2018-05-15 福建省地质工程勘察院 一种叠环剪切盒及基于叠环剪切盒的叠环式剪切试验
WO2020074014A1 (zh) * 2018-10-08 2020-04-16 中国科学院地质与地球物理研究所 一种岩体结构面动态循环直剪试验方法
CN110208114A (zh) * 2019-06-25 2019-09-06 中国矿业大学 一种用于模拟动力接触问题的界面振动单剪试验装置及方法
CN110940598A (zh) * 2019-12-20 2020-03-31 河海大学 一种多功能冻土循环单剪试验装置及试验方法
CN111751072A (zh) * 2020-06-19 2020-10-09 东南大学 一种电磁激励超重力振动台模拟装置及模拟方法
CN112781977A (zh) * 2021-01-27 2021-05-11 武汉理工大学 反力式叠层剪切模型箱
CN114354108A (zh) * 2021-12-16 2022-04-15 广州市高速公路有限公司 一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法
CN114441341A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 西南交通大学 一种用于冰碛物动态性能测试的土体剪切装置
CN216791908U (zh) * 2022-01-25 2022-06-21 西南交通大学 一种多向动态土石混合体力学测试装置
CN114324010A (zh) * 2022-03-09 2022-04-12 西南交通大学 基于振动台原理的岩体结构面多向动态剪切力学测试***

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117388088A (zh) * 2023-10-26 2024-01-12 深圳大学 微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置及方法

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