CN104614258A - 半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，包括上下对齐的上夹持件与下夹持件，上夹持件下侧开设有上槽口，下夹持件的上侧开设有下槽口，上槽口与下槽口相连通，并形成夹持半球形理想胶结颗粒的夹持空间，上夹持件与下夹持件的外侧均设有用于施力的施力件；上夹持件包括上顶板与连接在上顶板两侧的两个上侧面板，两个上侧面板与上顶板之间围合形成上槽口；下夹持件包括下顶板与连接在下顶板两侧的两个下侧面板，两个下侧面板与下顶板之间围合形成下槽口。与现有技术相比，本发明能够实现三维情况下离散元微观接触模型的试验验证，尤其是胶结颗粒的抗扭、抗弯扭力学特性测试，为三维模型验证提供充分的试验基础。

Description

半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置

技术领域

本发明涉及一种抗剪、抗扭测试装置，尤其是涉及一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置。

背景技术

基础工程与地下工程中常常遇到砂土地基。目前分析砂土这种离散型颗粒材料常采用离散单元法。离散单元法的关键之处是颗粒之间的接触力学，即接触本构关系。离散单元法已经成功用于干砂等非胶结颗粒材料力学行为的数值模拟。但现场的天然砂土与干砂有一些截然不同的力学行为，这是因为大部分天然砂土具有微观结构性，即土颗粒之间存在胶结物。通过试验来建立胶结颗粒接触力学，可以实现天然砂土的离散元数值模拟，为基础工程与地下工程设计提供理论指导。现有的试验只测定了胶结颗粒接触点在线性均布法向压力下剪切和弯转时的力学特性，而未能实现测定胶结颗粒接触点在集中点荷载法向压力下胶结颗粒接触点剪切、弯转、扭转的力学特性。

中国专利CN 101393093A公布了一种胶结颗粒接触抗剪、抗扭测试装置，包括L形的零件一、Z形的零件二，零件一由水平部(11)和垂直部(12)组成，零件二由第一垂直部(21)、第一水平部(22)和第二垂直部(23)组成，零件二的第一水平部(22)与零件一的水平部(11)的相对面(6)为水平方向，零件二和零件一的相对面(6)上分别设置可以固定胶结颗粒的固定装置(71、72)，其中心连线为竖直方向。采用这样的结构，可以精确测定胶结颗粒接触点在不同线性均布法向压力下剪切和弯转的力学特性。但是上述装置只适用于圆柱形胶结颗粒在线性均布法向压力下剪切、弯转力学特性测试，而不适合于半球形胶结颗粒在集中点荷载法向压力下剪切、弯转、扭转、弯扭力学特性测试。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单的半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，采用该装置，可以精确测定半球形理想胶结颗粒接触点在不同法向压力下剪切、弯转、扭转、弯扭的接触力学特性。这对于建立胶结颗粒的微观接触本构理论是很重要的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，包括上下对齐的上夹持件与下夹持件，所述的上夹持件下侧开设有上槽口，所述的下夹持件的上侧开设有下槽口，所述的上槽口与下槽口相连通，并形成夹持半球形理想胶结颗粒的夹持空间，所述的上夹持件与下夹持件的外侧均设有用于施力的施力件。

所述的上夹持件包括上顶板与连接在上顶板两侧的两个上侧面板，两个上侧面板与上顶板之间围合形成上槽口；

所述的下夹持件包括下顶板与连接在下顶板两侧的两个下侧面板，两个下侧面板与下顶板之间围合形成下槽口。

所述的上槽口与下槽口为镜像对称结构。

所述的上槽口上部为矩形槽，下部为梯形槽，且矩形槽与梯形槽上下贯通。

所述的上顶板与下顶板的中心处均开设有竖直向螺纹通孔；所述的竖直向螺纹通孔内设置有对准机构，所述的对准机构伸入到上槽口或下槽口内；

所述的对准机构为设置在竖直向螺纹通孔内的暗螺丝。当暗螺丝穿过螺纹通孔，一半留在通孔内，一半伸入上槽口或下槽口中，试验过程中通过对准机构可以保证半球体胶结试样正好卡在上夹持件与下夹持件的中间，从而使得半球体间胶结物的中心与剪弯扭装置的中心重合。

所述的上侧面板与下侧面板上分别设有用于设置暗螺丝的水平向螺纹通孔。水平向螺纹通孔及内部的暗螺丝用来保证半球体胶结试样与剪弯扭装置的紧密贴合，只有半球体胶结试样与剪弯扭装置之间没有滑动或者转动，才能实现作用力在试验加载仪器、剪弯扭辅助装置、半球体胶结试样的有效传递。所述的两个上侧面板高度相等，所述的两个下侧面板高度不等，所述的上侧面板与下侧面板上下对齐，且中间形成两个高度不等的间隙。

所述的上顶板的外侧正中心处设有第一凹槽，其中一个上侧面板外侧设有第二凹槽、第三凹槽及第四凹槽，其中第二凹槽位于上侧面板上部，第三凹槽与第四凹槽位于上侧面板下部；另一个上侧面板外侧设有第六凹槽、第七凹槽及第八凹槽，其中第六凹槽与第七凹槽位于上侧面板上部，第八凹槽位于上侧面板下部；所述的下顶板的外侧正中心处设有第五凹槽；

所述的施力件设置在上述各凹槽内。

所述的施力件包括底座、胶囊形柱体及紧固件，所述的胶囊形柱体垂直固定在底座上，所述的底座通过紧固件固定在各凹槽内，所述的胶囊形柱体垂直位于各凹槽的外侧。

各凹槽形状均为矩形。

与现有技术相比，本发明可以在双轴加载设备(如岩石双轴流变仪)上分别测试不同法向压力下胶结颗粒接触点的剪切、弯转、扭转、弯扭力学特性。能够实现三维情况下离散元微观接触模型的试验验证，尤其是胶结颗粒的抗扭、抗弯扭力学特性测试，为三维模型验证提供充分的试验基础。

附图说明

图1为本发明测试装置的主视结构示意图；

图2为上夹持件的主视结构示意图；

图3为下夹持件的主视结构示意图；

图4为本发明测试装置的左视结构示意图；

图5为上夹持件的左视结构示意图；

图6为下夹持件的左视结构示意图；

图7为本发明测试装置的右视结构示意图；

图8为上夹持件的右视结构示意图；

图9为下夹持件的右视结构示意图；

图10为本发明测试装置的俯视结构示意图；

图11为本发明测试装置的仰视结构示意图。

图中标号：1为上夹持件，11为上槽口，12为上顶板，13为上侧面板，2为下夹持件，21为下槽口，22为下顶板，23为下侧面板，3为施力件，31为底座，32为胶囊形柱体，33为紧固件，4为竖直向螺纹通孔，5为对准机构，6为水平向螺纹通孔，71为第一凹槽，72为第二凹槽，73为第三凹槽，74为第四凹槽，75为第五凹槽，76为第六凹槽，77为第七凹槽，78为第八凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1～图11所示，一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，包括上下对齐的上夹持件1与下夹持件2，上夹持件1下侧开设有上槽口11，下夹持件2的上侧开设有下槽口21，上槽口11与下槽口21相连通，并形成夹持半球形理想胶结颗粒的夹持空间，上夹持件1与下夹持件2的外侧均设有用于施力的施力件3。

上夹持件1包括上顶板12与连接在上顶板12两侧的两个上侧面板13，两个上侧面板13与上顶板12之间围合形成上槽口11；下夹持件2包括下顶板22与连接在下顶板22两侧的两个下侧面板23，两个下侧面板23与下顶板22之间围合形成下槽口21。两个上侧面板13高度相等，两个下侧面板23高度不等，上侧面板13与下侧面板23上下对齐，且中间形成两个高度不等的间隙。

上槽口11与下槽口21为镜像对称结构。上槽口11上部为矩形槽，下部为梯形槽，且矩形槽与梯形槽上下贯通。

上顶板12与下顶板22的中心处均开设有竖直向螺纹通孔4；竖直向螺纹通孔4内设置有对准机构5，对准机构5伸入到上槽口11或下槽口21内；对准机构5为设置在竖直向螺纹通孔4内的暗螺丝。当暗螺丝穿过螺纹通孔4，一半留在通孔内，一半伸入上槽口11或下槽口21中，试验过程中通过对准机构5可以保证半球体胶结试样正好卡在上夹持件1与下夹持件2的中间，从而使得半球体间胶结物的中心与剪弯扭装置的中心重合。

上侧面板13与下侧面板23上分别设有用于设置暗螺丝的水平向螺纹通孔6。水平向螺纹通孔6及内部的暗螺丝用来保证半球体胶结试样与剪弯扭装置的紧密贴合，只有半球体胶结试样与剪弯扭装置之间没有滑动或者转动，才能实现作用力在试验加载仪器、剪弯扭辅助装置、半球体胶结试样之间的有效传递。

上顶板12的外侧正中心处设有第一凹槽71，其中一个上侧面板13外侧设有第二凹槽72、第三凹槽73及第四凹槽74，其中第二凹槽72位于上侧面板13上部，第三凹槽73与第四凹槽74位于上侧面板13下部；另一个上侧面板13外侧设有第六凹槽76、第七凹槽77及第八凹槽78，其中第六凹槽76与第七凹槽77位于上侧面板13上部，第八凹槽78位于上侧面板13下部；下顶板22的外侧正中心处设有第五凹槽75；各凹槽形状均为矩形。施力件3设置在上述各凹槽内。

施力件3包括底座31、胶囊形柱体32及紧固件33，胶囊形柱体32垂直固定在底座31上，底座31通过紧固件33固定在各凹槽内，胶囊形柱体32垂直位于各凹槽的外侧。

进行剪切测试时，上夹持件1和下夹持件2的第一凹槽71、第五凹槽75及第八凹槽78内的施力件3上各设置一个单向施力装置，进行弯转测试时，上夹持件1和下夹持件2的第一凹槽71、第四凹槽74及第七凹槽77内的施力件3上各设置一个单向施力装置，进行扭转测试时，上夹持件1和下夹持件2的第一凹槽71、第二凹槽72及第六凹槽76内各的施力件3上各设置一个单向施力装置，进行弯扭测试时，上夹持件1和下夹持件2的第一凹槽71、第三凹槽73及第六凹槽76内的施力件3上各设置一个单向施力装置。

上述单向施力装置包括承力板，承力板的一侧紧贴胶囊形柱体32，胶囊形柱体32作为承力棒，承力板的另一侧设置施力棒，施力棒最少设置两个，还可以设置三个或更多个，根据实际情况和需要设定。

在进行剪切测试时，上顶板12与下顶板22的外侧设置至少两个滚棒，滚棒设置在一垫块上，上顶板12与下顶板22的外侧施加垂直向力。

本实施例的装置可以在双轴加载设备如岩石双轴流变仪上分别测试不同集中点荷载法向压力下胶结颗粒接触点的剪切、弯转、扭转、弯扭力学特性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，包括上下对齐的上夹持件(1)与下夹持件(2)，所述的上夹持件(1)下侧开设有上槽口(11)，所述的下夹持件(2)的上侧开设有下槽口(21)，所述的上槽口(11)与下槽口(21)相连通，并形成夹持半球形理想胶结颗粒的夹持空间，所述的上夹持件(1)与下夹持件(2)的外侧均设有用于施力的施力件(3)。

2.根据权利要求1所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的上夹持件(1)包括上顶板(12)与连接在上顶板(12)两侧的两个上侧面板(13)，两个上侧面板(13)与上顶板(12)之间围合形成上槽口(11)；

所述的下夹持件(2)包括下顶板(22)与连接在下顶板(22)两侧的两个下侧面板(23)，两个下侧面板(23)与下顶板(22)之间围合形成下槽口(21)。

3.根据权利要求1或2所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的上槽口(11)与下槽口(21)为镜像对称结构。

4.根据权利要求3所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的上槽口(11)上部为矩形槽，下部为梯形槽，且矩形槽与梯形槽上下贯通。

5.根据权利要求2所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的上顶板(12)与下顶板(22)的中心处均开设有竖直向螺纹通孔(4)；所述的竖直向螺纹通孔(4)内设置有对准机构(5)，所述的对准机构(5)伸入到上槽口(11)或下槽口(21)内；所述的对准机构(5)为设置在竖直向螺纹通孔(4)内的暗螺丝。

6.根据权利要求2所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的上侧面板(13)与下侧面板(23)上分别设有用于设置暗螺丝的水平向螺纹通孔(6)。

7.根据权利要求2所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的两个上侧面板(13)高度相等，所述的两个下侧面板(23)高度不等，所述的上侧面板(13)与下侧面板(23)上下对齐，且中间形成两个高度不等的间隙。

8.根据权利要求2所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的上顶板(12)的外侧正中心处设有第一凹槽(71)，其中一个上侧面板(13)外侧设有第二凹槽(72)、第三凹槽(73)及第四凹槽(74)，其中第二凹槽(72)位于上侧面板(13)上部，第三凹槽(73)与第四凹槽(74)位于上侧面板(13)下部；另一个上侧面板(13)外侧设有第六凹槽(76)、第七凹槽(77)及第八凹槽(78)，其中第六凹槽(76)与第七凹槽(77)位于上侧面板(13)上部，第八凹槽(78)位于上侧面板(13)下部；所述的下顶板(22)的外侧正中心处设有第五凹槽(75)；

所述的施力件(3)设置在上述各凹槽内。

9.根据权利要求1或8所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，所述的施力件(3)包括底座(31)、胶囊形柱体(32)及紧固件(33)，所述的胶囊形柱体(32)垂直固定在底座(31)上，所述的底座(31)通过紧固件(33)固定在各凹槽内，所述的胶囊形柱体(32)垂直位于各凹槽的外侧。

10.根据权利要求8所述的一种半球形理想胶结颗粒接触抗剪、抗弯、抗扭测试装置，其特征在于，各凹槽形状均为矩形。