CN110836847A - 一种智能化控温型变截面界面摩擦仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化控温型变截面界面摩擦仪包括滚动滑轮、土样盒、顶部加载板、轴向荷载加载器、轴向力测试传感器、轴向位移传感器、轴向位移传感器支架、摩擦面式履带、履带位移测试装置、摩擦面式履带清理装置、数据采集器、伺服控制电机、计算机、温度控制装置、土样盒固定支架；数据采集器与计算机通讯连接。本发明通过履带式摩擦面设置可以实现不限位移的超大变形测试以及滑坡滑带土残余强度的测试、强度再生效应的测试等。对于同一岩土体在不同界面上摩擦力测试可通过变化履带式摩擦面的界面实现同一岩土体在不同界面上摩擦力的持续测试。实现不同温度下岩土体摩擦力测试，可实现常规岩土体和冻土界面摩擦力的测试。

Description

一种智能化控温型变截面界面摩擦仪

技术领域：

本发明属于测试仪器技术领域，尤其是涉及一种智能化控温型变截面界面摩擦仪。

背景技术：

滑坡类地质灾害研究中，滑带土的力学参数对于滑坡的治理工作至关重要，由于现场地层岩性较为复杂的问题，滑带发育的部位可能出现在单一岩性地层中，也可能出现在不同岩性接触带位置。此外，岩土工程施工过程中，钢筋混凝土结构使用较多，钢筋与混凝土之间的摩擦力、钢结构与其他组合构件之间的摩擦力等都是岩土工程设计中需要考虑的重要参数。

目前对于不同岩土体界面之间摩擦力的测试主要基于环剪仪进行测试，环剪仪测试不同界面之间的摩擦力在制样过程中比较困难，界面选择的合理性直接影响试验结果的准确性。同时环剪仪剪切中，当剪切位移进行360°后，岩土界面之间的摩擦力大大降低，后期剪切中，只在已经形成的剪切面上进行剪切，此时的界面的摩擦力较初始岩土体相比发生了显著降低，不能够反映岩土体在原始地层上持续滑动的真实情况。此外，对于滑坡发生后，滑坡体先后在滑床滑动，离开剪出口在不同的原始地面滑动中，底部岩土体的摩擦性发生了改变，当前的环剪仪无法解决同一岩土体在不同岩土界面上持续滑动的连续测试问题。此外，当前研究中，对于季节性变化引起岩土体摩擦力变化的影响考虑较少，季节性变化导致温度场发生变化，温度的变化影响地下水粘滞系数变化，粘滞系数变化影响地下水在岩土体中的流动，进而影响岩土体内部界面的剪切变形特性。

钢筋与混凝土之间的摩擦力以及钢筋与不同土木工程构件之间的摩擦力测试，目前的技术主要基于单根钢筋摩擦力测试，对于多根钢筋与同一构件之间摩擦力测试以及多根钢筋与不同构件之间摩擦力测试考虑较少，而实际工程中，钢筋的出现往往以组合形式出现，钢筋“群摩擦效应”测试方可满足实际情况中对于摩擦力测试的要求。

现有技术中的环剪仪可以测试滑带土的残余强度，现有环剪仪的剪切位移大多集中在360～720°之间，如果位移持续增大后，则环剪仪的剪切位移受限。现有环剪仪对于不同岩性岩土体之间摩擦力的测试仅可测试一种不同界面的摩擦力，对于界面改变时的摩擦力测试则无法继续利用同一试样进行。现有环剪仪在测试界面摩擦力中，由于摩擦面不变，界面经过前期测试后已经渐趋光滑，后期继续测试时的摩擦力不能够准确反映该界面的摩擦特性。现有环剪仪中对于岩土体温度变化引起的摩擦力变化情况无法进行测试，即环剪仪中未设置温控模块。

现有技术中，钢筋与混凝土及钢筋与其他构件之间摩擦力的测试仅仅在但根钢筋与混凝土等构件之间摩擦力的测试，对于多根钢筋与同一界面之间摩擦力的测试则无法进行。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种可控温度的变截面界面摩擦仪，通过履带式摩擦面设置可以实现不限位移的超大变形测试以及滑坡滑带土残余强度的测试、强度再生效应的测试。对于同一岩土体在不同界面上摩擦力测试可通过变化履带式摩擦面的界面实现同一岩土体在不同界面上摩擦力的持续测试。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种智能化控温型变截面界面摩擦仪包括滚动滑轮、土样盒、顶部加载板、轴向荷载加载器、轴向力测试传感器、轴向位移传感器、轴向位移传感器支架、摩擦面式履带、履带位移测试装置、摩擦面式履带清理装置、数据采集器、伺服控制电机、计算机、温度控制装置、土样盒固定支架；两个滚动滑轮转动安装在底座上，所述伺服控制电机固定安装在底座上，其中一个滚动滑轮与伺服控制电机传动连接，两个滚动滑轮之间通过摩擦面式履带传动连接，所述履带位移测试装置固定安装在底座上，并且所述履带位移测试装置的触点与从动的滚动滑轮相接触，所述土样盒固定支架固定安装在底座上，所述土样盒固定安装在土样盒固定支架上，所述顶部加载板放置于土样盒内，所述轴向荷载加载器、轴向力测试传感器分别固定安装在顶部加载板上，所述轴向位移传感器通过轴向位移传感器支架固定安装在底座，所述轴向位移传感器的感应端与土样盒相接触，所述温度控制装置固定安装在底座顶部，所述土样盒置于温度控制装置内，所述摩擦面式履带清理装置固定安装在底座上，所述摩擦面式履带上部穿过土样盒、土样盒固定支架，所摩擦面式履带下部穿过摩擦面式履带清理装置，所述轴向荷载加载器、轴向力测试传感器、轴向位移传感器、履带位移测试装置、摩擦面式履带清理装置、伺服控制电机、温度控制装置均通过数据线与数据采集器通讯连接，所述数据采集器与计算机通讯连接。

作为优选，所述土样盒还等距设置有用于支撑摩擦面式履带的承载滚轮。

作为优选，所述摩擦面式履带面上还等距设置有排水孔，所述土样盒底部设置有排水管路。

作为优选，所述温度控制装置包括温控循环管路、制冷/加热总控装置、电源与数据通讯模块，所述温控循环管路与制冷/加热总控装置通过管路连接，所述制冷/加热总控装置与电源与数据通讯模块通过数据线通讯连接，所述电源与数据通讯模块与数据采集器通过数据线进行通讯连接。

作为优选，所述摩擦面式履带清理装置包括强刷及烘干清理器、逆向增压喷水器、单向刷洗清理器、垂向增压喷水清理器、总控制器，所述强刷及烘干清理器、逆向增压喷水器、单向刷洗清理器、垂向增压喷水清理器均通过数据线连接至总控制器，所述总控制器与数据采集器通过数据线进行通讯连接。

作为优选，所述强刷及烘干清理器、逆向增压喷水器、单向刷洗清理器、垂向增压喷水清理器自左向右依次设置。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：

1、本发明通过履带式摩擦面设置可以实现不限位移的超大变形测试以及滑坡滑带土残余强度的测试、强度再生效应的测试等。对于同一岩土体在不同界面上摩擦力测试可通过变化履带式摩擦面的界面实现同一岩土体在不同界面上摩擦力的持续测试。由于本发明中的界面摩擦仪底部设置有摩擦面式履带清理装置，可实现摩擦力测试中，摩擦界面的摩擦力试中不改变，确保了测试结果的可靠性。设备中提供了温度控制模块，基于控温模块可将界面摩擦仪试样盒中的温度控制在一定范围，实现不同温度下岩土体摩擦力测试，可实现常规岩土体和冻土界面摩擦力的测试。

2、本发明提供的一种可控温度的变截面界面摩擦仪，通过改变试样盒，将试样盒更换为并列式钢筋夹具可实现多根钢筋与同一界面及不同界面摩擦力的连续测试，将钢筋的“群摩擦效应”准确测试，为岩土工程设计提供可靠参数。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是土样盒与摩擦面式履带接触示意图。

图3是温控系统示意图。

图4是摩擦面式履带清理装置的示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述：

如图1至图4所示的一种智能化控温型变截面界面摩擦仪包括滚动滑轮1、土样盒2、顶部加载板3、轴向荷载加载器4、轴向力测试传感器5、轴向位移传感器6、轴向位移传感器支架7、摩擦面式履带8、履带位移测试装置9、摩擦面式履带清理装置10、数据采集器11、伺服控制电机12、计算机13、温度控制装置14、土样盒固定支架15；两个滚动滑轮1转动安装在底座101上，所述伺服控制电机12固定安装在底座101上，其中一个滚动滑轮1与伺服控制电机12传动连接，两个滚动滑轮1之间通过摩擦面式履带8传动连接，所述履带位移测试装置9固定安装在底座101上，并且所述履带位移测试装置9的触点与从动的滚动滑轮1相接触，所述土样盒固定支架15固定安装在底座101上，所述土样盒2固定安装在土样盒固定支架15上，所述顶部加载板3放置于土样盒2内，所述轴向荷载加载器4、轴向力测试传感器5分别固定安装在顶部加载板3上，所述轴向位移传感器6通过轴向位移传感器支架7固定安装在底座101，所述轴向位移传感器6的感应端与土样盒2相接触，所述温度控制装置14固定安装在底座101顶部，所述土样盒2置于温度控制装置14内，所述摩擦面式履带清理装置10固定安装在底座101上，所述摩擦面式履带8上部穿过土样盒2、土样盒固定支架15，所摩擦面式履带8下部穿过摩擦面式履带清理装置10，所述轴向荷载加载器4、轴向力测试传感器5、轴向位移传感器6、履带位移测试装置9、摩擦面式履带清理装置10、伺服控制电机12、温度控制装置14均通过数据线与数据采集器11通讯连接，所述数据采集器11与计算机13通讯连接。

所述土样盒2还等距设置有用于支撑摩擦面式履带8的承载滚轮82，底部设置的承载滑轮82能够保证土样在固结与摩擦力测试中，摩擦面式履带8的平整性，确保测试结果的可靠性。

所述摩擦面式履带8面上还等距设置有排水孔81，所述土样盒2底部设置有排水管路83，若土样饱和度较高可以通过加载板控制荷载后在土样盒中进行固结操作，水通过底部的排水孔排除试样盒，同理，也可以通过该系统对饱和度较低的岩土试样进行饱和，如此反复对不同饱和度条件下试样的界面摩擦力进行实时测试分析。

所述温度控制装置14包括温控循环管路141、制冷/加热总控装置142、电源与数据通讯模块143，所述温控循环管路141与制冷/加热总控装置142通过管路连接，所述制冷/加热总控装置142与电源与数据通讯模块143通过数据线通讯连接，所述电源与数据通讯模块143与数据采集器11通过数据线进行通讯连接。温度控制装置14中主要通过温控循环管路对土样盒中的温度进行控制，该控制装置14的典型特征可以让土样盒2中的温度降低至0℃以下，对负温条件下土样摩擦力测试提供了可能性。

所述摩擦面式履带清理装置10包括强刷及烘干清理器101、逆向增压喷水器102、单向刷洗清理器103、垂向增压喷水清理器104、总控制器105，所述强刷及烘干清理器101、逆向增压喷水器102、单向刷洗清理器103、垂向增压喷水清理器104均通过数据线连接至总控制器105，所述总控制器105与数据采集器11通过数据线进行通讯连接。所述强刷及烘干清理器101、逆向增压喷水器102、单向刷洗清理器103、垂向增压喷水清理器104自左向右依次设置，垂向增压喷水清理器104是摩擦面式履带8的第一道清理工序，通过增压水将摩擦面表面的松土冲刷后进入第二道工序-单项刷清理器103，单项刷将水冲过的摩擦面强力刷洗，后进入第三道工序-逆向增压喷水器102，该喷水器喷水方向与履带运行方向相反，通过增压水对摩擦面式履带8进一步清洗，通过利用转动毛刷对摩擦面反复刷洗，清理摩擦面，最后进入强刷及烘干清理器101中，该处理流程中刷子压力较大，边刷边利用热风机输送的热风将摩擦面烘干，确保摩擦面表面干净整洁。总控制器主要对于各个清理流程的控制器进行综合调配控制，并将信息反馈至计算机。摩擦面式履带内嵌摩擦面是摩擦面式履带的重要组成部分，不同的摩擦力只需更换不同的内嵌摩擦面即可，各个内嵌摩擦面都经过预先测试标定，可以模拟不同的摩擦界面。

本发明中提供的变截面界面摩擦仪主要进行岩土界面摩擦力测试，具体操作步骤如下：

1.装样。将预先削制好的试样安装至土样盒2中，后在试样顶部放置顶部加载板3，并将测试传感器放置在固定位置，通过土样盒固定支架15固定土样盒2，同时打开计算机13软件，观察传感器读数是否正常。

2.打开伺服控制电机12开关。打开伺服控制电机12开关，准备试样剪切试验，若试样需要固结，则应根据土工试验规范相关要求对试样进行固结，待轴向变形稳定后进行试样摩擦试验。

3.开始试验。在计算机13中设置一定的剪切速率，打开履带清理器开关，开始摩擦试验，根据履带式摩擦面上内嵌摩擦面的摩擦力可以反算不同岩土界面之间的摩擦力值。如果要测试同一岩土体与不同界面之间的摩擦力，则需要预先在履带式摩擦面上依次放置摩擦力不同的内嵌式摩擦面，打开开关进行试验，根据软件采集数据，即可获得同一岩土体与不同界面之间摩擦力的试验数值。若进行冻土界面摩擦试验或不同温度下岩土体摩擦试验，则需结合温度控制系统进行，计算机中预先设置温度控制系统中温度值，开机30～60mins后即可开始进行试验。

4.结束试验。界面摩擦试验结束中，首先将轴向荷载卸掉，卸载后将土样盒固定支架打开，取出土样盒中的试样，利用摩擦面式履带清理装置10对摩擦面进行反复清理，结束后关闭设备电源和计算机，为后续试验做准备。

5.钢筋摩擦试验。若进行钢筋摩擦力试验，则需要预先将土样盒2更换为钢筋夹具，将准备测试的钢筋固定在夹具上，打开设备开关，放置不同摩擦力的内嵌式摩擦面，进行钢筋与摩擦面式履带8的摩擦试验，根据试验数据和摩擦面摩擦系数可获得钢筋与不同摩擦面的摩擦力数据。

需要强调的是：对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (6)

1.一种智能化控温型变截面界面摩擦仪，其特征在于：包括滚动滑轮(1)、土样盒(2)、顶部加载板(3)、轴向荷载加载器(4)、轴向力测试传感器(5)、轴向位移传感器(6)、轴向位移传感器支架(7)、摩擦面式履带(8)、履带位移测试装置(9)、摩擦面式履带清理装置(10)、数据采集器(11)、伺服控制电机(12)、计算机(13)、温度控制装置(14)、土样盒固定支架(15)；两个滚动滑轮(1)转动安装在底座(101)上，所述伺服控制电机(12)固定安装在底座(101)上，其中一个滚动滑轮(1)与伺服控制电机(12)传动连接，两个滚动滑轮(1)之间通过摩擦面式履带(8)传动连接，所述履带位移测试装置(9)固定安装在底座(101)上，并且所述履带位移测试装置(9)的触点与从动的滚动滑轮(1)相接触，所述土样盒固定支架(15)固定安装在底座(101)上，所述土样盒(2)固定安装在土样盒固定支架(15)上，所述顶部加载板(3)放置于土样盒(2)内，所述轴向荷载加载器(4)、轴向力测试传感器(5)分别固定安装在顶部加载板(3)上，所述轴向位移传感器(6)通过轴向位移传感器支架(7)固定安装在底座(101)，所述轴向位移传感器(6)的感应端与土样盒(2)相接触，所述温度控制装置(14)固定安装在底座(101)顶部，所述土样盒(2)置于温度控制装置(14)内，所述摩擦面式履带清理装置(10)固定安装在底座(101)上，所述摩擦面式履带(8)上部穿过土样盒(2)、土样盒固定支架(15)，所摩擦面式履带(8)下部穿过摩擦面式履带清理装置(10)，所述轴向荷载加载器(4)、轴向力测试传感器(5)、轴向位移传感器(6)、履带位移测试装置(9)、摩擦面式履带清理装置(10)、伺服控制电机(12)、温度控制装置(14)均通过数据线与数据采集器(11)通讯连接，所述数据采集器(11)与计算机(13)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的智能化控温型变截面界面摩擦仪，其特征在于：所述土样盒(2)还等距设置有用于支撑摩擦面式履带(8)的承载滚轮(82)。

3.根据权利要求1所述的智能化控温型变截面界面摩擦仪，其特征在于：所述摩擦面式履带(8)面上还等距设置有排水孔(81)，所述土样盒(2)底部设置有排水管路(83)。

4.根据权利要求1所述的智能化控温型变截面界面摩擦仪，其特征在于：所述温度控制装置(14)包括温控循环管路(141)、制冷/加热总控装置(142)、电源与数据通讯模块(143)，所述温控循环管路(141)与制冷/加热总控装置(142)通过管路连接，所述制冷/加热总控装置(142)与电源与数据通讯模块(143)通过数据线通讯连接，所述电源与数据通讯模块(143)与数据采集器(11)通过数据线进行通讯连接。

5.根据权利要求1所述的智能化控温型变截面界面摩擦仪，其特征在于：所述摩擦面式履带清理装置(10)包括强刷及烘干清理器(101)、逆向增压喷水器(102)、单向刷洗清理器(103)、垂向增压喷水清理器(104)、总控制器(105)，所述强刷及烘干清理器(101)、逆向增压喷水器(102)、单向刷洗清理器(103)、垂向增压喷水清理器(104)均通过数据线连接至总控制器(105)，所述总控制器(105)与数据采集器(11)通过数据线进行通讯连接。

6.根据权利要求5所述的智能化控温型变截面界面摩擦仪，其特征在于：所述强刷及烘干清理器(101)、逆向增压喷水器(102)、单向刷洗清理器(103)、垂向增压喷水清理器(104)自左向右依次设置。

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