CN114544386A - 一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法 - Google Patents
一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114544386A CN114544386A CN202210007103.5A CN202210007103A CN114544386A CN 114544386 A CN114544386 A CN 114544386A CN 202210007103 A CN202210007103 A CN 202210007103A CN 114544386 A CN114544386 A CN 114544386A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- box
- shearing
- temperature control
- soil
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010008 shearing Methods 0.000 title claims abstract description 167
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 164
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims abstract description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 31
- 230000011514 reflex Effects 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 22
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 8
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 6
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 4
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 claims description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000007418 data mining Methods 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007707 calorimetry Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法，该装置包括冻土剪切模块和冻土电阻率测量模块；本发明中采用了温控模块、冻土剪切模块与冻土电阻率测量模块同环境工作的组合，在同一环境中先进行电阻率测试后进行剪切试验，解决了传统试验中电阻率测试试验与剪切试验环境分离，试件移动困难，试验整体时间过长的问题；采用了温控模块，为冻土电阻率测量模块提供了完整的温控环境，解决了传统电阻率测试仪只能在特定温度下进行使用或达到不同的设定温度的问题。同时，冻土剪切模块采用可视化剪切盒，配有图像采集模块，并内置土压力计，解决了传统直剪试验无法探究粗粒土颗粒在受剪时的局部受力状态与运移变形特性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及寒区土体剪切测量技术领域，并且更具体地，涉及一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法。
背景技术
在我国，多年冻土和季节冻土的面积分别占过国土面积的21.5％和53.5％。随着社会经济的发展、旅游业和国防建设的发展，冻土地区也将必然成为生产生活的重要场所。冻土作为一种特殊土是一种多孔多项介质，由矿物颗粒、冰、水、气组成，其本身含有冰晶，热学性质很不稳定，如不采取合理的处理措施，既可能引起冻土区建筑物在运行中遭受冻害威胁，也有可能造成严重的经济浪费。
冻土中冰晶体逐渐融化成水，即冻土中未冻水含量在不断变化。冻结状态下由冰晶体填充的土颗粒间隙由于水分的渗流而逐渐减小，冻土土体发生固结下沉，土体物理力学参数如粘聚力和孔隙率等发生剧烈变化，土体结构性发生明显变化。此外冻土的冻胀融沉的程度取决于土中的含冰量以及未冻水的分布情况。因此冻土的未冻水含量作为冻土区工程中重要的物理参数，其科学准确的测试方法尤为重要。
常见的测量冻土中未冻水含量的方法主要有量热法、测热法，但其操作及计算较繁琐，而土电阻率的研究自上世纪开始至今已有了成熟的经验和结论，事实上温度对电阻率的影响是通过影响冻土中未冻水含量来体现的，冻土温度降低孔隙水含量不断降低，冻土的电阻率随着孔隙水含量的降低而呈上升的趋势。(王柯.电阻率法在冻土未冻水含量测试中的理论及试验研究[D].西安科技大学,2019.)
然而现有的电阻率测试仪大多是针对特定温度设计的，对于还原试样的真实情况存在偏差，无法直接测量不同温度下土体电阻率，且耗时耗力。
另外，由于岩土工程的破坏大多是由于剪切破坏引起的，所以准确、便捷地测定其剪切强度尤为重要。目前，传统的剪切仪在测量土体抗剪强度时，无法观察剪切过程中剪切盒内部土体的变化形态，存在“黑箱”问题，对试验的准确性、可信度及完整性造成一定影响。同时，要获得冻土的抗剪强度并不像常温土那样简单，需要在严格的温控条件下进行，因此迫切的需要一种更加便捷的方式。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法，其中，该装置使电阻率测试试验和剪切试验在同环境下进行；实现了在不同温度下进行电阻率测量试验；解决了冻土剪切试验中可视化的问题；解决了冻土剪切试验中无法测量局部土压力的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，包括全部置于温控模块的温控环境中的冻土剪切模块和部分置于温控模块的温控环境中的冻土电阻率测量模块，所述冻土剪切模块包括剪切试验仪和土压力计，所述剪切试验仪包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒设置在底板上，所述底板下方连接有沿剪切方向铺设的滑轨，所述下剪切盒与提供水平剪切力的水平加载部件相连接，所述上剪切盒与提供法向压力的垂直加载部件相连接，所述土压力计埋设于所述上剪切盒和所述下剪切盒内的土层中；所述冻土电阻率测量模块包括电源箱、数字万用表、铜导线和铜电极板，所述上剪切盒内a、b两个侧面处均设置有所述铜电极板，所述铜导线一端与所述铜电极板连接，另一端与数字万用表和电源箱相连；数采组件与所述数字万用表连接导出电流值、电压值。
优选地，所述温控模块的温控环境中位于所述剪切试验仪的旁侧处设置有图像采集模块，所述上剪切盒和所述下剪切盒均具有可视面，所述图像采集模块用于记录可视面的剪切过程。
优选地，所述图像采集模块包括LED冷光源、单反相机和三脚架，所述图像采集模块全部安置于温控环境中，所述三脚架安置于c侧面的正前方，所述单反相机安置于三脚架上，所述单反相机的镜头对准所述上剪切盒和所述下剪切盒的可视面，所述LED冷光源安置于所述三脚架两侧，为所述单反相机提供的光源；所述数采组件与单反相机连接导出图像数据。
优选地，所述温控模块包括相连接的温控箱和制冷设备；所述温控箱包括箱体、箱门、数显温度控制仪、密封圈；所述箱体的内壁均为夹壁，所述夹壁内有保温材料，所述保温材料选取超细玻璃纤维保温棉，所述箱体的内腔底面设置有绝缘层；所述箱门的中心区域安置观察窗；所述观察窗为双层耐低温透明玻璃钢窗，双层之间为真空；所述数显温度控制仪包含温度探头；所述密封圈设置在所述箱门凸起部分和所述箱体凹陷部分的连接处，所述密封圈的材质为保温材料。
优选地，所述上剪切盒内置有透水石，所述上剪切盒的顶板为有机玻璃顶板，所述有机玻璃顶板的下方设置有滤纸层，所述上剪切盒的c、d两侧面和所述下剪切盒其余侧面均为透明钢化玻璃；所述上剪切盒和所述下剪切盒的连接处放置有滚珠。
优选地，土压力计e和土压力计f分别固定于所述有机玻璃顶板、所述底板中心，与土体充分接触；且与土压力计e和土压力计f配套的观测电缆分别于所述有机玻璃顶板、所述底板内穿过；土压力计g、土压力计h分别埋于所述上剪切盒、所述下剪切盒中心处，且与土压力计g和土压力计h配套的所述观测电缆分别于所述上剪切盒、所述下剪切盒的b侧面对应位置穿出。
优选地，两侧所述铜电极板的平面中心均通过导电胶粘结有接线柱，所述电源箱上设置有与所述接线柱连接的正极接口和负极接口；所述电源箱为12V直流电源箱。
本发明还提供一种冻土试验方法，包括如下内容：
试样准备工作：根据所需制备的寒区滑带土试样的密度、颗粒级配和剪切盒容积，计算出所需全部滑带土的重量，将待压实的滑带土按照重量平分为三份，随后将待压实的滑带土逐份填入组装后的上剪切盒和下剪切盒内并逐份进行压实，在两份土体之间埋入一枚土压力计，且在每份待压实的滑带土压实完成后，进行下一份待压实滑带土压实之前，对已压实的土样表面进行刨毛处理，完成试样制备工作；试样制备完成后进行冻结，完成试样准备工作；
温控准备工作：根据所需制备的寒区滑带土试样的试验温度，通过温控箱的数显温度控制仪将温度调至设定温度，并完成温控箱内各个部件的预热工作；
试样安置工作：打开温控箱的箱门，将组装后的上剪切盒和下剪切盒安置于剪切试验仪的底板上，通过垂直加载部件施加法向应力作用于有机玻璃顶板，完成预压，并调节水平加载部件至下剪切盒表面位置，且未施加水平剪切应力；将有铜导线一端连接于上剪切盒两侧面的接线柱上，另一端连接于电源箱的正极接口、负极接口上；随后将图像采集模块安置于温控箱内，并对剪切过程进行全局记录；
电阻率测试工作：关闭温控箱的箱门，打开直流电源箱电源开关，通过两个数字万用表按时分别采集电流值、电压值；
剪切工作：电阻率测试工作结束后，通过计算机控制直剪操作软件开始剪切，通过单反相机快门线启动连拍；
数采工作：剪切工作完成后，关闭温控箱电源，打开温控箱箱门，取出单反相机；通过计算机直剪操作软件记录剪应力、剪切位移，读取数字万用表所记录的电流值、电压值，土压力计所记录的数值以及单反相机记录的图像数据。
优选地，将单反相机位置调节至与组装后的上剪切盒和下剪切盒相对应高度，调节焦距，对准组装后的上剪切盒和下剪切盒整体，使单反相机视野包括全部可视面；安装快门线，调节快门线为间隔拍照，设置连拍时间间隔及连拍次数。
优选地，铜导线一端与温控箱内上剪切盒侧面的铜电极板连接，另一端通过温控箱箱体侧面的导线孔与室温下数字万用表和直流电源箱连接；快门线一端与温控箱内单反相机连接，另一端通过温控箱箱体侧面的导线孔置于室温下。
本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：
1、该配有温控模块的可视化中型剪切仪，采用了在同一温控模块下，冻土电阻率测试模块与冻土剪切模块一体化的组合，即在同环境下，先进行电阻率测试试验，随即进行剪切试验，解决了传统试验中电阻率测试试验与剪切试验环境分离，试件移动困难，试验整体时间过长的问题；并且采用了温控模块，为冻土电阻率测量模块提供了完整的温控环境，解决了传统电阻率测试仪只能在特定温度下进行使用或达到不同的设定温度，所需额外组件过多、操作复杂的问题。
2、该配有温控模块的可视化中型剪切仪，配有图像采集模块，使得在进行剪切试验过程时，可视化的直剪试验中土颗粒的受剪过程直观的展示并记录下来，从而更好地理解土体的受力状态及剪切带发育的过程，解决了传统直剪试验只能得出土体强度参数，而无法探究粗粒土颗粒在受剪时的受力状态，难以真实反映岩土实际抗剪特性的问题。
3、该配有温控模块的可视化中型剪切仪，配有土压力计，使得在进行剪切试验过程时，能有效监测土体内土压力变化量，填补了传统剪切试验无法观测局部土压力的空白；并且通过土压力计实时监测冻土土体内部温度，确保冻土土体温度精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中温控模块的结构示意图；
图3为图2的正视图；
图4为图2的侧视图；
图5为图1中冻土剪切模块的结构示意图；
图6为图1中冻土剪切模块中土压力计示意图，其中Ⅰ、Ⅱ为土压力计的俯视图、正视图，Ⅲ、Ⅳ为其安置图的俯视图、正视图，(其与有机玻璃顶板和底板的安置图类似，故以有机玻璃顶板为例)与Ⅴ为土体内土压力计分布图；
图7为图5中剪切试验仪的侧视图和图1中冻土电阻率测量模块的结构示意图；
图8为图7中剪切试验仪的上剪切盒标注及滚珠示意图；
图9为图1中图像采集模块的结构的示意图；
图10为图9中单反相机的正视图；
其中，1-温控模块；2-冻土剪切模块；3-冻土电阻率测量模块；4-图像采集模块；5-数采组件；101-温控箱；102-箱体；103-数显温度控制仪；104-导线孔；105-密封圈；106-观察窗；107-箱门；108-拉手；109-铰链；110-保温材料；111-绝缘层；112-制冷设备；201-反力架；202-有机玻璃顶板；203-透明钢化玻璃；204-滚珠；205-水平加载部件；206-垂直加载部件；207-铜电极板；208-滑轨；209-底板；210-上剪切盒；211-下剪切盒；212-透水石；213-滤纸；214-标识条带；215-土压力计；216-观测电缆；301-数字万用表；302-铜导线；303-电源开关；304-直流电源箱；305-数字显示屏；306-正极接口；307-负极接口；308-接线柱；401-LED冷光源；402-单反相机；403-三脚架；404-快门线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至10所示，本发明中提供一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，包括全部置于温控模块1的温控环境中的冻土剪切模块2和部分置于温控模块1的温控环境中的冻土电阻率测量模块3，冻土剪切模块2包括剪切试验仪和土压力计215，剪切试验仪由中型剪切试验仪改进而来，中型剪切试验仪的剪切盒可以是非可视化的，当然也可以通过对剪切盒进行可视化改造，设计开发可视化中型剪切试验仪，剪切试验仪包括上剪切盒210和下剪切盒211，下剪切盒211用螺钉固定于底板209上，底板209下方连接有沿剪切方向铺设的滑轨208，以便下剪切盒211沿剪切正向移动，下剪切盒211与提供水平剪切力的水平加载部件205相连接，上剪切盒210与提供法向压力的垂直加载部件206相连接，由垂直加载部件206提供法向压力，水平加载部件205提供水平剪切力，土压力计215埋设于上剪切盒210和下剪切盒211内的土层中；冻土电阻率测量模块3包括电源箱、数字万用表301、铜导线302和铜电极板207，上剪切盒210的a、b两个侧面处均设置有铜电极板207，铜导线302一端与铜电极板207连接，另一端与数字万用表301和电源箱相连；数采组件5与数字万用表301连接导出电流值、电压值。其中，采用了温控模块1、冻土剪切模块2与冻土电阻率测量模块3同环境工作的组合，在试验过程中先进行电阻率测试后进行剪切试验；解决了使用同一试件在不同环境下先进行电阻率测试后进行剪切试验上，试件移动困难、整体时间过长的问题；并且采用了温控模块1，为冻土电阻率测量模块3提供了完整的温控环境，解决了传统电阻率测试仪只能在特定温度下进行使用或达到不同的设定温度，所需额外组件过多、操作复杂的问题。
本发明中温控模块1的温控环境中位于剪切试验仪的旁侧处设置有图像采集模块4，上剪切盒210和下剪切盒211均具有可视面，图像采集模块4用于记录可视面的剪切过程；为了便于观察，且在其内部沿剪切方向的两个侧壁(c侧)上粘贴标识条带214。其中，配有图像采集模块4，使得在进行剪切过程的同时，可视化剪切盒中土颗粒的受剪过程直观的展示并记录下来，从而更好地理解土体的受力状态及剪切带发育的过程，解决了传统直剪试验只能得出土体强度参数，而无法探究粗粒土颗粒在受剪时的受力状态，难以真实反映岩土实际抗剪特性的问题。
本发明中冻土剪切模块2中内置有土压力计215，使得在进行剪切的过程中，能有效监测土体内土压力变化量，填补了传统剪切试验无法观测局部土压力的空白；并且通过土压力计实时监测冻土土体内部温度，确保冻土土体温度精确。土压力计e和土压力计f分别固定于有机玻璃顶板202、底板209中心，与土体充分接触；且与土压力计e和土压力计f配套的观测电缆216分别于有机玻璃顶板202、底板209内穿过；土压力计g、土压力计h分别埋于上剪切盒210、下剪切盒211中心处，且与土压力计g和土压力计h配套的观测电缆216分别于上剪切盒210、下剪切盒211的b侧面对应位置穿出；
本发明中图像采集模块4包括LED冷光源401、单反相机402和三脚架403，图像采集模块4全部安置于温控环境中，三脚架403置于上、下剪切盒210、211的c侧面的正前方，单反相机402安置于三脚架403上，单反相机402的镜头对准上剪切盒210和下剪切盒211的可视面，LED冷光源401为记录提供合理光源；数采组件5与单反相机402连接导出图像数据。
本发明中温控模块1包括相连接的温控箱101和制冷设备112；温控箱101包括箱体102、箱门107、数显温度控制仪103、密封圈105；箱体102的内壁均为夹壁，夹壁内有保温材料110，保温材料110选取超细玻璃纤维保温棉，箱体102的内腔底面设置有绝缘层111；箱门107与箱体102通过铰链109相连接，箱门107上设置有拉手108，箱门107的中心区域安置观察窗106；观察窗106为双层耐低温透明玻璃钢窗，双层之间为真空；数显温度控制仪103包含温度探头，用于实时显示、调控温度；密封圈105设置在箱门107的凸起部分和箱体102的凹陷部分的连接处，密封圈105的材质为保温材料110。
本发明中上剪切盒210内置有透水石212，上剪切盒210的顶板为有机玻璃顶板202，顶板的下方设置有滤纸213层，上剪切盒210的c、d侧面和下剪切盒211其余侧面均为透明钢化玻璃203，此时，侧面是可视面；为了便于移动，上剪切盒210和下剪切盒211的连接处放置有滚珠204，当然上剪切盒210和下剪切盒211上设置有容纳滚珠204的滑槽。
本发明中两侧铜电极板207的平面中心均通过导电胶粘结有接线柱308，便于缠绕铜导线302，电源箱上设置有与接线柱308连接的正极接口306和负极接口307，其余冻土电阻率测量模块3的各组件通过铜导线302采用二相电极法连接；电源箱为12V直流电源箱304，12v直流电源箱304通过电源开关303控制，配有数字显示屏305。数采组件、数字万用表301、12V直流电源箱304、快门线404均在所述温控箱外，一方面能保证仪器的灵敏度，另一方面便于进行数据采集。
本发明还提供一种冻土试验方法，包括如下内容：
试样准备工作：根据所需制备的寒区土体试样的密度和剪切盒容积，计算出所需全部土体的重量，将待压实的土体按照重量平分为三份，随后将待压实的土体逐份填入组装后的上剪切盒210和下剪切盒211内并逐份进行压实，在两份土体间埋入一枚土压力计，且在每份待压实的土体压实完成后，进行下一份待压实土体压实之前，对已压实的土样表面进行刨毛处理，完成试样制备工作；试样制备完成后进行冻结，完成试样准备工作；具体的，为防止试样在冻结过程中含水量发生变化和试件尺寸变化，必须将试样置于橡皮膜内密封后，放于温控箱101内冻结48小时，再按照预定温度冻结24小时；
温控准备工作：根据所需制备的寒区土体试样的试验温度，通过温控箱101的数显温度控制仪103将温度调至设定温度，并使温控箱101内各个部件达到设定温度；具体的，通过温控箱101的数显温度控制仪103将温度调至设定温度并恒温12小时，确保温控箱101的箱体102内环境中底板209、垂直加载部件206的压头和水平加载部件205的压头均为设定温度，实现精确控温；
试样安置工作：打开温控箱101的箱门107，将组装后的上剪切盒210和下剪切盒211安置于剪切试验仪的底板209上，并用螺丝固定，通过垂直加载部件206施加法向应力作用于上剪切盒210，完成预压，并调节水平加载部件205至下剪切盒211表面位置，且未施加水平剪切应力，随后使用计算机打开直剪操作软件，连接剪切仪器，调整参数(剪切速度、最大剪切位移、法向压力)；将有铜导线302一端连接于上剪切盒210两侧面的接线柱308上，另一端连接于电源箱的正极接口306、负极接口307上；随后将图像采集模块4安置于温控箱101内，并对剪切过程进行全局记录；
电阻率测试工作：关闭温控箱101的箱门107，打开直流电源箱304电源开关303，通过两个数字万用表301按时分别采集电流值、电压值。
剪切工作：待电阻率测试工作结束后，通过计算机控制直剪操作软件开始剪切，通过快门线404启动连拍；
数采工作：剪切工作完成后，关闭温控箱101电源，打开温控箱101的箱门107，取出单反相机402；通过计算机直剪操作软件记录剪应力、剪切位移，读取数字万用表301所记录的电流值、电压值，土压力计所记录数值以及单反相机402记录的图像数据。
本发明中将单反相机402位置调节至与组装后的上剪切盒210和下剪切盒211相对应高度，调节焦距，对准组装后的上剪切盒210和下剪切盒211整体，使单反相机402视野包括全部可视面；安装快门线404，调节快门线404为间隔拍照，设置连拍时间间隔及连拍次数.
本发明中铜导线302一端与温控箱101内上剪切盒210侧面的铜电极板207连接，另一端通过温控箱101的箱体102侧面的导线孔104与室温下数字万用表301和直流电源箱304连接；快门线404一端与温控箱101内单反相机402连接，另一端通过温控箱101箱体102侧面的导线孔104置于室温下。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，包括全部置于温控模块的温控环境中的冻土剪切模块和部分置于温控模块的温控环境中的冻土电阻率测量模块，所述冻土剪切模块包括剪切试验仪和土压力计，所述剪切试验仪包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒设置在底板上，所述底板下方连接有沿剪切方向铺设的滑轨，所述下剪切盒与提供水平剪切力的水平加载部件相连接，所述上剪切盒与提供法向压力的垂直加载部件相连接，所述土压力计埋设于所述上剪切盒和所述下剪切盒内的土层中；所述冻土电阻率测量模块包括电源箱、数字万用表、铜导线和铜电极板，所述上剪切盒内a、b两个侧面处均设置有所述铜电极板，所述铜导线一端与所述铜电极板连接，另一端与数字万用表和电源箱相连；数采组件与所述数字万用表连接导出电流值、电压值。
2.根据权利要求1所述的一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，所述温控模块的温控环境中位于所述剪切试验仪的旁侧处设置有图像采集模块，所述上剪切盒和所述下剪切盒均具有可视面，所述图像采集模块用于记录可视面的剪切过程。
3.根据权利要求2所述的一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，所述图像采集模块包括LED冷光源、单反相机和三脚架，所述图像采集模块全部安置于温控环境中，所述三脚架安置于剪切方向的正前方，所述单反相机安置于三脚架上，所述单反相机的镜头对准所述上剪切盒和所述下剪切盒的可视面，所述LED冷光源安置于所述三脚架两侧，为所述单反相机提供的光源；所述数采组件与单反相机连接导出图像数据。
4.根据权利要求1或2所述的一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，所述温控模块包括相连接的温控箱和制冷设备；所述温控箱包括箱体、箱门、数显温度控制仪、密封圈；所述箱体的内壁均为夹壁，所述夹壁内有保温材料，所述保温材料选取超细玻璃纤维保温棉，所述箱体的内腔底面设置有绝缘层；所述箱门的中心区域安置观察窗；所述观察窗为双层耐低温透明玻璃钢窗，双层之间为真空；所述数显温度控制仪包含温度探头；所述密封圈设置在所述箱门凸起部分和所述箱体凹陷部分的连接处，所述密封圈的材质为保温材料。
5.根据权利要求1或2所述的一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，所述上剪切盒内置有透水石，所述上剪切盒的顶板为有机玻璃顶板，所述有机玻璃顶板的下方设置有滤纸层，所述上剪切盒的c、d两侧面和所述下剪切盒其余侧面均为透明钢化玻璃；所述上剪切盒和所述下剪切盒的连接处放置有滚珠。
6.根据权利要求5所述的一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，土压力计e和土压力计f分别固定于所述有机玻璃顶板、所述底板中心，与土体充分接触；且与土压力计e和土压力计f配套的观测电缆分别于所述有机玻璃顶板、所述底板内穿过；土压力计g、土压力计h分别埋于所述上剪切盒、所述下剪切盒中心处，且与土压力计g和土压力计h配套的所述观测电缆分别于所述上剪切盒、所述下剪切盒的b侧面对应位置穿出。
7.根据权利要求1所述的一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，其特征在于，两侧所述铜电极板的平面中心均通过导电胶粘结有接线柱，所述电源箱上设置有与所述接线柱连接的正极接口和负极接口；所述电源箱为12V直流电源箱。
8.一种冻土试验方法，其特征在于，包括如下内容：
试样准备工作：根据所需制备的寒区滑带土试样的密度、颗粒级配和剪切盒容积，计算出所需全部滑带土的重量，将待压实的滑带土按照重量平分为三份，随后将待压实的滑带土逐份填入组装后的上剪切盒和下剪切盒内并逐份进行压实，在两份土体之间埋入一枚土压力计，且在每份待压实的滑带土压实完成后，进行下一份待压实滑带土压实之前，对已压实的土样表面进行刨毛处理，完成试样制备工作；试样制备完成后进行冻结，完成试样准备工作；
温控准备工作：根据所需制备的寒区滑带土试样的试验温度，通过温控箱的数显温度控制仪将温度调至设定温度，并完成温控箱内各个部件的预热工作；
试样安置工作：打开温控箱的箱门，将组装后的上剪切盒和下剪切盒安置于剪切试验仪的底板上，通过垂直加载部件施加法向应力作用于有机玻璃顶板，完成预压，并调节水平加载部件至下剪切盒表面位置，且未施加水平剪切应力；将有铜导线一端连接于上剪切盒两侧面的接线柱上，另一端连接于电源箱的正极接口、负极接口上；随后将图像采集模块安置于温控箱内，并对剪切过程进行全局记录；
电阻率测试工作：关闭温控箱的箱门，打开直流电源箱电源开关，通过两个数字万用表按时分别采集电流值、电压值；
剪切工作：电阻率测试工作结束后，通过计算机控制直剪操作软件开始剪切，通过单反相机快门线启动连拍；
数采工作：剪切工作完成后，关闭温控箱电源，打开温控箱箱门，取出单反相机；通过计算机直剪操作软件记录剪应力、剪切位移，读取数字万用表所记录的电流值、电压值，土压力计所记录的数值以及单反相机记录的图像数据。
9.根据权利要求8所述的冻土试验方法，其特征在于，将单反相机位置调节至与组装后的上剪切盒和下剪切盒相对应高度，调节焦距，对准组装后的上剪切盒和下剪切盒整体，使单反相机视野包括全部可视面；安装快门线，调节快门线为间隔拍照，设置连拍时间间隔及连拍次数。
10.根据权利要求9所述的冻土试验方法，其特征在于，铜导线一端与温控箱内上剪切盒侧面的铜电极板连接，另一端通过温控箱箱体侧面的导线孔与室温下数字万用表和直流电源箱连接；快门线一端与温控箱内单反相机连接，另一端通过温控箱箱体侧面的导线孔置于室温下。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210007103.5A CN114544386B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210007103.5A CN114544386B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114544386A true CN114544386A (zh) | 2022-05-27 |
| CN114544386B CN114544386B (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=81669200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210007103.5A Active CN114544386B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114544386B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115575259A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-06 | 北京建筑大学 | 冻土剪切试验系统及试验方法 |
| CN117347191A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-05 | 中铁七局集团第五工程有限公司 | 一种聚氨酯-冻土界面原位注浆剪切试验装置及使用方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205262881U (zh) * | 2015-11-26 | 2016-05-25 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 可视化测量冻土平面应变的装置 |
| CN108398338A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-08-14 | 河海大学 | 一种可温控的土工膜与土接触面剪切试验装置及试验方法 |
| CN109490103A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-19 | 重庆交通大学 | 季节性冻土直剪试验系统及其试验方法 |
| CN209264460U (zh) * | 2018-08-08 | 2019-08-16 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪 |
| CN110726822A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-24 | 南京林业大学 | 一种氧化镁固化土碳化过程膨胀性及碳化土抗剪强度测试方法 |
| CN112683692A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-20 | 河北工业大学 | 一种多功能大尺寸剪切试验装置及其试验方法 |
-
2022
- 2022-01-05 CN CN202210007103.5A patent/CN114544386B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205262881U (zh) * | 2015-11-26 | 2016-05-25 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 可视化测量冻土平面应变的装置 |
| CN108398338A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-08-14 | 河海大学 | 一种可温控的土工膜与土接触面剪切试验装置及试验方法 |
| CN209264460U (zh) * | 2018-08-08 | 2019-08-16 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种考虑冻融循环的岩土体剪切蠕变试验仪 |
| CN109490103A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-19 | 重庆交通大学 | 季节性冻土直剪试验系统及其试验方法 |
| CN110726822A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-24 | 南京林业大学 | 一种氧化镁固化土碳化过程膨胀性及碳化土抗剪强度测试方法 |
| CN112683692A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-20 | 河北工业大学 | 一种多功能大尺寸剪切试验装置及其试验方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115575259A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-06 | 北京建筑大学 | 冻土剪切试验系统及试验方法 |
| CN117347191A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-05 | 中铁七局集团第五工程有限公司 | 一种聚氨酯-冻土界面原位注浆剪切试验装置及使用方法 |
| CN117347191B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-09-03 | 中铁七局集团第五工程有限公司 | 一种聚氨酯-冻土界面原位注浆剪切试验装置及使用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114544386B (zh) | 2024-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114544386A (zh) | 一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法 | |
| CN104807975B (zh) | 一种岩堆边坡冻融循环作用变形物理模型试验装置及试验方法 | |
| AU2020101353A4 (en) | Indoor drilling perception test system for mechanical properties of rock masses | |
| CN107228791B (zh) | 一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置和试验方法 | |
| CN107179396B (zh) | 多功能拼装式岩土工程物理相似试验系统 | |
| CN107037195B (zh) | 水位波动对下卧冰层岩堆边坡稳定性影响试验装置及方法 | |
| CN102590468A (zh) | 深部土冻融过程试验系统 | |
| CN109142192A (zh) | 可视化异形固井二界面胶结质量及异形体强度测试系统 | |
| CN203587589U (zh) | 一种适用于天然盐渍土的冻融循环检测装置 | |
| CN104316391A (zh) | 模拟人工地层冻结法的冻融试验模型装置及方法 | |
| CN103743771A (zh) | 一种适用于天然盐渍土的冻融循环检测装置 | |
| CN108362727B (zh) | 可视化双向冻胀实验台 | |
| CN112577833A (zh) | 一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪 | |
| CN113089624B (zh) | 相邻基坑异步开挖模拟试验装置和试验方法 | |
| CN110554165A (zh) | 一种盾构下穿施工对既有地铁隧道影响的试验装置及方法 | |
| CN105738225A (zh) | 深孔岩/土体原位测试方法及测试机器人 | |
| CN111622807A (zh) | 一种矿山原位充填体力学评价系统及方法 | |
| CN208999423U (zh) | 降雨与库水位耦合作用滑坡物理模拟试验装置 | |
| CN108414347B (zh) | 可模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验系统 | |
| CN106248574A (zh) | 一种便携式冰‑沥青路面现场粘结力测定设备及方法 | |
| CN205049498U (zh) | 一种寒区隧道冻胀力室内试验模型 | |
| CN112345360B (zh) | 一种围岩原位测试装置及方法 | |
| CN203981126U (zh) | 一种野外高寒地区雪深测量的装置 | |
| Buttle | Soil moisture and groundwater responses to snowmelt on a drumlin sideslope | |
| CN206573406U (zh) | 一种岩土承载测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |