CN102095651A - 一种应变控制式土石混合体强度试验装置 - Google Patents

一种应变控制式土石混合体强度试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种应变控制式土石混合体强度试验装置，其特征是该装置包括滚动隔膜(1)，活塞(2)，活塞杆(3)，轴承(4)，加压板(5)，第一活动千斤顶(6)，第一固定螺栓(7)，第一液压电机(8)，第二液压电机(9)，垂直位移传感器(10)，试样框架(11)，机械框架(12)，第二活动千斤顶(13)，上部分土石混合体(14)，第二固定螺栓(15)，水平位移传感器(16)，滑动试样盒(17)，下部分土石混合体(18)，滚珠轴排(19)，第一压力传感器(20)和第二压力传感器(21)；该仪器制造简单，测量精度高，满足一维垂直应力固结加载要求，可以进行应变控制式加载，可以量测大尺度土石混合体的结构性强度及土石混合体与土工织物间的摩擦强度，适用于土木工程中遇到的各种堆积体、土石混合体室内强度试验。

Description

一种应变控制式土石混合体强度试验装置
技术领域
本发明是一种土工测试仪器，属于土木工程仪器测试领域。
背景技术
土石混合体是一种由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的粘土和砂组成的地质体。土石混合体作为一种填料被广泛应用于土石坝、公路、铁路、机场、房屋地基等建筑工程，应用范围相当广泛。由于土石混合体由块石和土组成，且两者在力学性质上呈现“极强”(块石)和“极弱”(土体)两个极端的差异性。这种差异性使土石混合体在物理力学性质上呈现极端的不均匀性与极端的非线性特征，其宏观物理力学性质不能由块石或土简单叠加而成。对于土石混合体强度的测试不能由传统的土力学剪切装置或者岩石试验机来完成，需要研制适合土石混合体自身特点的新型仪器，量测其力学强度，尤其是要考虑尺寸效应对土石混合体强度的影响。本发明就是一种用于量测土石混合体强度的新型试验装置。
发明内容
本发明目的是提供一种用于量测土石混合体强度的新型试验装置，用于解决土石混合体在一维侧限固结应力状态下的强度试验测试，为工程实践提供技术参数。
本发明的技术解决方案，其特征是一种应变控制式土石混合体强度试验装置，包括滚动隔膜1，活塞2，活塞杆3，轴承4，加压板5，第一活动千斤顶6，第一固定螺栓7，第一液压电机8，第二液压电机9，垂直位移传感器10，试样框架11，机械框架12，第二活动千斤顶13，上部分土石混合体14，第二固定螺栓15，水平位移传感器16，滑动试样盒17，下部分土石混合体18，滚珠轴排19，第一压力传感器20和第二压力传感器21。第二液压电机9包括滚动隔膜1，活塞2，活塞杆3，轴承4，第二液压电机9连接有第二压力传感器21，提供垂直压力，位在加压板5上面，第二液压电机9侧面安装有垂直位移传感器10，试样框架11内装有上部分土石混合体14，试样框架11两侧安装有第一活动千斤顶6和第二活动千斤顶13，第一液压电机8连接有第一压力传感器20，提供水平压力，安装在滑动试样盒17左侧，滑动试样盒17内装有下部分土石混合体18，滑动试样盒17右侧安装有水平位移传感器16，滑动试样盒17下面安装有滚珠轴排19。试样框架11尺寸为550mm×550mm×250mm，材料为质量轻强度高的铝合金材料，且进行阳极电镀防腐处理，试样框架11的下表面涂有特富龙材料，试样框架11的内壁四个角为圆角设计，圆角半径为50mm～100mm，滑动试样盒17尺寸为750mm×550mm×250mm，材料为质量轻强度高的铝合金材料，且进行阳极电镀防腐处理，滑动试样盒17的上表面和底面涂有特富龙材料，滑动试样盒17的内壁四个角为圆角设计，圆角半径为50mm～100mm，机械框架12采用高强度不锈钢材料，第一活动千斤顶6和第二活动千斤顶13可以沿着机械框架12上下滑动，并与试样框架11两端接触，控制试样框架11的高度，加压板5为高强度不锈钢材料，加压板5四周与试样框架11间的缝隙间隔为2mm～4mm，试样框架11与滑动试样盒17间的缝隙间隔为2～5mm，滚珠轴排19为高强度不锈钢材料，表面涂有特富龙材料，第一液压电机8可以进行快进快退操作，可以进行匀速应变加载，剪切速率为0.02～5.00mm/min，最大出力可达300kN，精度可达0.1％FS，第一液压电机8的剪切位移量程为0～200mm，水平位移传感器16的量程可达25mm，精度为0.01mm，第一压力传感器20量程可达2000kPa，精度可达0.1％FS；第二液压电机9可以进行快进快退操作，可以进行匀速应变加载，加载应变速率为0.02～5.00mm/min，最大出力可达600kN，精度可达0.1％FS，第二液压电机9的加载固结量程为0～200mm，垂直位移传感器10的量程可达25mm，精度为0.01mm，第二压力传感器21量程可达2000kPa，精度可达0.1％FS。
本发明优点：
仪器制造简单，测量精度高，满足一维垂直应力固结加载要求，可以进行应变控制式加载，可以量测大尺度土石混合体的结构性强度及土石混合体与土工织物间的摩擦强度。
本发明适用范围：
适用于土木工程中遇到的各种堆积体、土石混合体室内强度试验。
附图说明：
图1是用于量测土石混合体强度的试验装置结构示意图。其中有：滚动隔膜1，活塞2，活塞杆3，轴承4，加压板5，第一活动千斤顶6，第一固定螺栓7，第一液压电机8，第二液压电机9，垂直位移传感器10，试样框架11，机械框架12，第二活动千斤顶13，上部分土石混合体14，第二固定螺栓15，水平位移传感器16，滑动试样盒17，下部分土石混合体18，滚珠轴排19，第一压力传感器20，第二压力传感器21。
图2是试样框架11结构示意图，四角为圆形结构。
图3是滑动试样盒17结构示意图，四角为圆形结构。
具体实施方式：
实施例：土石混合体强度包括土石混合体结构性强度及土石混合体与土工织物间的摩擦强度两种，量测土石混合体强度方法如下所示，
(1)量测土石混合体结构性强度的方法如下：
①按一定含水量、含石量与密度要求，称取相应质量的土体和碎石，按照一层土体与一层碎石的要求铺满滑动试样盒17，然后将加压板5置于试样上方，采用第二液压电机9反复加载压实，通过滑动滚珠轴排19实现整个试样均匀加载，将全部称取的土体和碎石填满于滑动试样盒17内，加载固结后保持试样与滑动试样盒17上表面齐平，下部分土石混合体18制样完成；
②将试样框架11置于滑动试样盒17上面，保持试样框架11与滑动试样盒17右侧对齐，上下间隔为2mm～5mm，通过调整第一活动千斤顶6与第二活动千斤顶13位置，固定试样框架11，按一定含水量、含石量与密度要求，称取相应质量的土体和碎石，按照一层土体与一层碎石的要求铺满试样框架11中，然后将加压板5置于试样上方，采用第二液压电机9反复加载压实，将全部称取的土体和碎石填满于试样框架11内，加载固结后保持试样与试样框架11上表面齐平，上部分土石混合体14制样完成；
③第二液压电机9通过加压板5作用在试样上，保持一定的垂直压力σ1，由垂直位移传感器10测量试样的垂直位移，同时第一液压电机8在滑动试样盒17左侧，通过匀速应变方式施加推力，使得上部分土石混合体14与下部分土石混合体18发生相对滑动，由水平位移传感器16测量下部分土石混合体18的水平位移，当试样框架11与滑动试样盒17左侧对齐时，试验结束，由第一压力传感器20获得最大剪切应力τ1；
④按照①和②的方法再次制备下部分土石混合体18和上部分土石混合体14，按照③的方法保持一定的垂直压力σ2，通过匀速应变方式施加推力，由第一压力传感器20获得最大剪切应力τ2；
⑤按照①和②的方法再次制备下部分土石混合体18和上部分土石混合体14，按照③的方法保持一定的垂直压力σ3，通过匀速应变方式施加推力，由第一压力传感器20获得最大剪切应力τ3；
⑥按照摩尔库伦原理，由σ1、τ1、σ2、τ2、σ3、τ3可获得该土石混合体试样的结构性强度。
(2)量测土石混合体与土工织物的摩擦强度的方法如下：
①按一定含水量、含石量与密度要求，称取相应质量的土体和碎石，按照一层土体与一层碎石的要求铺满滑动试样盒17，然后将加压板5置于试样上方，采用第二液压电机9反复加载压实，通过滑动滚珠轴排19实现整个试样均匀加载，将全部称取的土体和碎石填满于滑动试样盒17内，加载固结后保持试样与滑动试样盒17上表面齐平，下部分土石混合体18制样完成；
②将土工织物铺在下部分土石混合体18上面，将试样框架11置于土工织物上面，通过第一固定螺栓7和第二固定螺栓15将土工织物固定，保持试样框架11与滑动试样盒17右侧对齐，上下间隔为2mm～5mm，通过调整第一活动千斤顶6与第二活动千斤顶13位置，固定试样框架11，按一定含水量、含石量与密度要求，称取相应质量的土体和碎石，按照一层土体与一层碎石的要求铺满试样框架11中，然后将加压板5置于试样上方，采用第二液压电机9反复加载压实，将全部称取的土体和碎石填满于试样框架11内，加载固结后保持试样与试样框架11上表面齐平，上部分土石混合体14制样完成；
③第二液压电机9通过加压板5作用在试样上，保持一定的垂直压力σ′1，由垂直位移传感器10测量试样的垂直位移，同时第一液压电机8在滑动试样盒17左侧，通过匀速应变方式施加推力，使得上部分土石混合体14与下部分土石混合体18发生相对滑动，由水平位移传感器16测量下部分土石混合体18的水平位移，当试样框架11与滑动试样盒17左侧对齐时，试验结束，由第一压力传感器20获得最大摩擦应力τ′1；
④按照①和②的方法再次制备下部分土石混合体18和上部分土石混合体14，按照③的方法保持一定的垂直压力σ′2，通过匀速应变方式施加推力，由第一压力传感器20获得最大摩擦应力τ′2；
⑤按照①和②的方法再次制备下部分土石混合体18和上部分土石混合体14，按照③的方法保持一定的垂直压力σ′3，通过匀速应变方式施加推力，由第一压力传感器20获得最大摩擦应力τ′3；
⑥按照摩尔库伦原理，由σ′1、τ′1、σ′2、τ′2、σ′3、τ′3可获得该土石混合体与土工织物间的摩擦强度。

Claims (1)

1.一种应变控制式土石混合体强度试验装置，其特征是该装置包括滚动隔膜(1)，活塞(2)，活塞杆(3)，轴承(4)，加压板(5)，第一活动千斤顶(6)，第一固定螺栓(7)，第一液压电机(8)，第二液压电机(9)，垂直位移传感器(10)，试样框架(11)，机械框架(12)，第二活动千斤顶(13)，上部分土石混合体(14)，第二固定螺栓(15)，水平位移传感器(16)，滑动试样盒(17)，下部分土石混合体(18)，滚珠轴排(19)，第一压力传感器(20)和第二压力传感器(21)；第二液压电机(9)连接有第二压力传感器(21)，提供垂直压力，位于加压板(5)上面，第二液压电机(9)侧面安装有垂直位移传感器(10)，试样框架(11)内装有上部分土石混合体(14)，试样框架(11)两侧安装有第一活动千斤顶(6)和第二活动千斤顶(13)，第一液压电机(8)连接有第一压力传感器(20)，提供水平推力，安装在滑动试样盒(17)左侧，滑动试样盒(17)内装有下部分土石混合体(18)，滑动试样盒(17)右侧安装有水平位移传感器(16)，滑动试样盒(17)下面安装有滚珠轴排(19)；试样框架(11)尺寸为550mm×550mm×250mm，材料为质量轻强度高的铝合金材料，且进行阳极电镀防腐处理，试样框架(11)的下表面涂有特富龙材料，试样框架(11)的内壁四个角为圆角设计，圆角半径为50mm～100mm，滑动试样盒(17)尺寸为750mm×550mm×250mm，材料为质量轻强度高的铝合金材料，且进行阳极电镀防腐处理，滑动试样盒(17)的上表面和底面涂有特富龙材料，滑动试样盒(17)的内壁四个角为圆角设计，圆角半径为50mm～100mm，机械框架(12)采用高强度不锈钢材料，第一活动千斤顶(6)和第二活动千斤顶(13)可以沿着机械框架(12)上下滑动，并与试样框架(11)两端接触，控制试样框架(11)的高度，加压板(5)为高强度不锈钢材料，加压板(5)四周与试样框架(11)间的缝隙间隔为2mm～4mm，试样框架(11)与滑动试样盒(17)间的缝隙间隔为2～5mm，滚珠轴排(19)为高强度不锈钢材料，表面涂有特富龙材料，第一液压电机(8)可以进行快进快退操作，可以进行匀速应变加载，剪切速率为0.02～5.00mm/min，最大出力可达300kN，精度可达0.1％FS，第一液压电机(8)的剪切位移量程为0～200mm，水平位移传感器(16)的量程可达25mm，精度为0.01mm，第一压力传感器(20)量程可达2000kPa，精度可达0.1％FS；第二液压电机(9)可以进行快进快退操作，可以进行匀速应变加载，加载应变速率为0.02～5.00mm/min，最大出力可达600kN，精度可达0.1％FS，第二液压电机(9)的加载固结量程为0～200mm，垂直位移传感器(10)的量程可达25mm，精度为0.01mm，第二压力传感器(21)量程可达2000kPa，精度可达0.1％FS。
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