CN207991955U - 大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪 - Google Patents

大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪 Download PDF

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徐�明
宋二祥
孔郁斐
茅加峰
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本施用新型提供了一种大型碎石料‑岩石接触面流变特性试验仪。所述试验仪包括带有上盒和下盒以及剪切缝的直剪盒、竖向荷载杠杆和水平荷载杠杆。所述竖向荷载杠杆和水平荷载杠杆均采用机械方式进行加载;在所述剪切缝的开缝处设置可调节位置的刚性调节块;所述直剪盒的上盒配置了上盒移动保持架;所述直剪盒配置有滚轴装置;所述水平荷载杠杆和竖向荷载杠杆均配置有杠杆调平衡装置。

Description

大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪
技术领域
本实用新型属于土木工程测试技术领域,涉及流变测试技术,尤其涉及一种大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪及其使用方法。
背景技术
随着我国西部山区基础设施建设的迅猛发展,高填方地基日益增多,其长期工后沉降直接关系到建造于其上的高速公路、铁路和机场等设施的正常使用。而高填方地基工程沉降的预测分析很有难度,这需要综合考虑填筑的碎石料-岩石接触界面和碎石料内部的长期剪切蠕变特性。该试验仪可以提供相应的试验结果,对研究具有重要的理论意义和工程实用价值。
现有的大型剪切装置多为电机加载或者液压伺服加载、提供法向(竖向)和切向(水平)力。这些加载方式存在两点问题,一是实验过程中,荷载大小会有变化,并需要及时调整荷载大小,难以保证荷载长期稳定;二是需要耗电,一旦在实验过程中出现断电事故,实验即失败,这对持续时间短的试验影响不大,但对持续时间长(长达数月)的试验是很大的威胁。因此目前还没有碎石料-岩石接触面剪切蠕变实验仪器,只有研究接触面短期加载力学特性的仪器。
传统的小型土工试验设备(如固结仪)使用机械方式加载,荷载稳定,但试样尺寸通常较小,可用于粘土、砂土等材料的试验,但无法满足粗颗粒料的试验要求。
现有仪器上盒与下盒的留缝大小固定,实际上缝的合理大小与所用材料的颗粒粒径有关,固定的大小无法适应不同种类的材料。
剪切盒在剪切力的作用下,易产生旋转,导致剪切过程中上盒与下盒接触,影响界面受力、降低试验精度。
发明内容
本实用新型的发明提供了一种大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪及其使用方法。
一方面,本发明提供的大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪,包括:
直剪盒,其设置在底座之上,包括上盒和下盒,其中所述上盒包括上盒顶盖,所述上盒和下盒之间具有剪切缝;
竖向荷载杠杆,设置为能够利用竖向荷载砝码的重量将放大后的力通过竖向加载头竖向施加到所述直剪盒的上盒顶盖;
水平荷载杠杆,设置为能够利用水平荷载砝码的重量将放大后的力通过滑轮横向施加到所述直剪盒的下盒,从而施加水平剪切力;
其中,所述竖向荷载和水平荷载均采用机械方式进行加载。
在本发明的一种实施方式中,在所述剪切缝的开缝处设置可调节位置的刚性调节块,以便调节开缝的大小。
在一种实施方式中,所述直剪盒的上盒配置了上盒移动保持架,用来防止所述上盒翻转。
在一种实施方式中,所述直剪盒配置有滚轴装置,用来控制上盒不翻转并且防止上盒和下盒接触。
在一种实施方式中,所述水平荷载杠杆和竖向荷载杠杆均配置有杠杆调平衡装置,用来保证荷载大小和位置的准确。
在一种实施方式中,所述试验仪还可包括水平力传感器,其与分别所述水平荷载杠杆连接用来读取水平拉力大小。
在一种实施方式中,所述直剪盒还配置有水槽,从而在测试需要时可以注水用来对试件进行湿化。
在一种实施方式中,所述竖向荷载杠杆和所述水平荷载杠杆设置为分别使得竖向和水平荷载都是通过1:24的杠杆放大,然后再施加到试样上。
另一方面,本发明提供的所述大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪的使用方法,包括:
在直剪盒的下盒中安装加工后的石板,其中所述石板的位置可通过所述下盒中的垫板微调;
安装直剪盒的上盒,其中利用调节螺栓使调节板上下移动从而根据颗粒大小决定留缝宽度,然后放置上盒水平位移固定块;
往所述上盒中放入碎石制备试样;
往竖向荷载杠杆上添加砝码,施加竖向压力;
待竖向压力施加稳定后,取出上盒水平位移固定块,然后往水平荷载杠杆上添加砝码,施加水平拉力,使所述下盒滑动并剪切试样。
根据本发明的一种实施方式,所述方法可近一步包括:
所述竖向压力大小通过所述竖向荷载杠杆上添加的砝码重量和杠杆放大系数求得,所述水平拉力大小通过水平力传感器读出;
所述下盒的竖向位移可通过百分表读取竖向加载头向下移动距离获得,所述下盒的水平位移通过百分表读取下盒移动距离获得;
当试件在荷载下发生变形并导致水平荷载杠杆发生过大倾斜时,通过调平衡装置使水平荷载杠杆的位置调整到水平状态,从而保证了荷载大小和位置的准确。
根据本发明的一种实施方式,所述方法进一步包括:在测试需要时向水槽注水用来对试件进行湿化。
附图说明
图1A-1C分别为示意描述根据本发明一种实施方式的大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪的正视图、俯视图和左视图。
图2A和2B分别为示意描述根据本发明一种实施方式的土(或碎石土)-岩石接触面流变试验的直剪盒的正视图和左视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及附图对本发明的发明过程、原理作进一步阐释说明。应当理解本发明并不局限于下述有关发明的具体实施方式。同时也应当理解,本文所使用的术语只是用于针对特定的实施方式进行描述,而不是用来对本申请要求保护的范围进行限制。
在此,根据本发明的一些实施方式对接触界面试验的仪器装置及其特点和操作方法进行比较详细的描述。
1.试验仪器
1)、仪器结构
如图1A-1C所示,本实施例的大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪包括:
直剪盒110,其设置在底座120之上,包括上盒112和下盒113,其中所述上盒 112包括上盒顶盖,所述上盒112和下盒113之间具有剪切缝115;
竖向荷载杠杆130,设置为能够利用竖向荷载砝码132的重量将放大后的力通过竖向加载头133竖向施加到所述直剪盒110的上盒顶盖114;
水平荷载杠杆140,设置为能够利用水平荷载砝码142的重量将放大后的力通过滑轮144横向施加到所述直剪盒110的下盒113,从而施加水平剪切力;
其中,所述竖向荷载杠杆130和水平荷载杠杆140均采用机械方式进行加载。
如图2A-2B所示,在所述剪切缝115的开缝处设置可调节位置的刚性调节块116,以便调节开缝的大小。
优选地,所述直剪盒110的上盒112可配置上盒移动保持架115,用来防止所述上盒翻转。
优选地,所述直剪盒110配置有滚轴装置160,用来控制上盒112不翻转并且防止上盒112和下盒113接触。
优选地,所述水平荷载杠杆140配置有杠杆调平衡装置146,用来保证荷载大小和位置的准确。
优选地,所述试验仪还可包括水平力传感器147,其与分别所述水平荷载杠杆140连接用来读取水平拉力大小。所述水平力传感器147可以设置为能够与连接所述上盒 112的顶头部件118接触。
所述直剪盒还配置有水槽119,从而在测试需要时可以注水用来对试件进行湿化。
优选地,所述竖向荷载杠杆130和所述水平荷载杠杆140设置为分别使得竖向和水平荷载都是通过1:24的杠杆放大,然后再施加到试样上。
2)试验设计
土(或碎石土)-岩石接触面流变试验
界面试验方式:设计专用剪切盒,石板在下、土在上的方式。上盒装样的有效高度为10cm。考虑到试验中所用的石板上下表面不能完全平整,放置石板的下盒应留有余地,设置下盒的高度为100mm,石板位置调节下盒中的垫板可适当微调。在下盒滑动过程中,石板与土的接触面积始终保持恒定。
图2A、2B所示为在本发明的一种实施方式中石板与土体材料的剪切蠕变设计的正视图和左视图,表明在石板与土体材料的蠕变试验中受到水平剪切力作用后发生的剪切蠕变。
固定石板的下剪切盒的内长度大于上盒45mm。
土-石板交界面直接留缝隙,开缝宽度10mm。上盒留缝10mm,使用调节螺栓,使调节板上下移动,调节2-10mm的开缝尺寸。制样时在上盒和石板间的开缝处留有10mm厚的固定块,剪切前取出固定块。
能满足“界面湿化”的要求,加水使土-岩石界面处土饱和。设计高于上剪切盒的盛水盒,保证剪切试样整个湿化,在剪切面处设置排水口。
土-岩石接触面试验中能进行干湿循环试验。上盒进气口需要使用704硅橡胶密封传压板与上剪切盒的接缝处,通入干燥空气进入试样,出气口选择在剪切面上。
2.技术指标
在一种具体的实施方案中,所述界面剪切蠕变试验的技术指标包括:
1)、剪切盒内试样尺寸:200*200mm;
2)、岩石板尺寸:宽20cm、长24cm;上盒试样高度10cm;
3)、竖向最大压力:60kN;
4)、水平最大剪切力:60kN;
5)、水平最大位移:40mm;
6)、杠杆比:1:24,设置杠杆调平衡装置;
7)、仪器外观尺寸:2200mm(长)*500mm(宽)*1360mm(高)
3.试验特点
根据本发明的实施方式,所述大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪及其使用方法体现出相对于现有技术的包括但不限于下述的特征和优点。
a.所述试验仪的竖向和水平荷载都使用机械方式进行加载,从而能够保证荷载的长期稳定,另外也避免了传统试验仪因断电导致试验失败的事故发生。
b.所述试验仪的试验尺寸为200*200mm,颗粒最大粒径为20mm,从而能够满足粗颗粒试样的试验要求。
c.在所述试验仪的直剪盒中,在开缝处设置可调节位置的刚性块,以便调节开缝大小,从而能够适应不同种类材料试样的试验。
d.所述试验仪使用了滚轴装置,从而能够控制上盒不翻转,并且防止上下盒接触。
4.试验操作
根据本发明的实施方式,以下对所述大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪的使用进行描述。
在一些实施方式中,为了保证荷载的长期稳定,本装置中使用机械方式进行加载。见1A、1B、1C所示的试验仪的正视图、俯视图和左视图。如图1A所示,左侧为加竖向荷载的杠杆130,放大荷载后加到直剪盒110的上盒1112顶盖;右侧为水平荷载杠杆130及滑轮144装置,砝码132的重量通过水平荷载杠杆130放大,接着由滑轮 140改变方向,向右拉直剪盒110的下盒113,施加水平剪切力。
为了满足粗颗粒料的试验要求,本装置试样尺寸为200*200mm,因此所需的荷载也很大。这就要求使用的砝码重量和杠杆倍数都较高。为满足荷载量级要求,竖向和水平荷载都通过1:24的杠杆放大,然后再施加到试样上。水平荷载杠杆140如图1A 所示,为保证荷载大小和位置的准确,设置了杠杆调平衡装置146。
为了使得上下盒的剪切缝适应不同种类的材料,在直剪盒110中的剪切缝115的开缝处设置一个可调节位置的刚性调节块116,以便调节开缝大小如2A所示。
为了防止上盒112翻转,防止上盒112与下盒113接触,在剪切盒110中使用了一种滚轴装置160,如图1A和图2A所示。
在一些实施方式中,如图1A-1C所示,所述试验仪的仪表部件包括图中所示的双杠杆,即竖向荷载杠杆130和水平荷载杠杆140。左侧杠杆为竖向荷载杠杆130,将放大后的力施加到直剪盒110的上盒112的顶盖。右侧杠杆为水平荷载杠杆140,通过一组滑轮,将放大后的力施加到直剪盒110的下盒113。由图1C可以看到,为保证荷载大小和位置的准确,设置的杠杆调平衡装置146能够用来调节水平荷载杠杆的水平位置。
根据优选的实施方式,在直剪盒中设计了上合移动保持架115(如图2B所示),为的是防止上盒112翻转。另外为了可以调节上下盒之间的缝隙,设置了如图2A所示的刚性调节块116。
根据有关试验仪操作的一些实施施方式,先在图2A-2B所示的剪切下盒113中安装加工后的石板,石板的位置可通过下盒113中的垫板微调。石板安装完成后,接着安装剪切盒的上盒112,使用调节螺栓,使调节板上下移动,根据颗粒大小决定剪切缝115的留缝宽度,并放置上盒水平位移固定块117。往上盒112中放入碎石制备试样,通过向水槽119注水以达到浸湿试件的目的(若研究干燥试样则忽略此步骤)。充分湿化后,通过往竖向荷载杠杆130上添加竖向荷载砝码132,施加竖向压力。待竖向力施加稳定后,取出上盒水平位移固定块,往水平荷载杠杆140上添加水平荷载砝码142,施加水平拉力,使下盒113滑动并剪切试样。试验中,竖向压力大小通过竖向荷载砝码132重量和杠杆放大系数求得,水平拉力大小通过水平力传感器147读出。所述下盒113的竖向位移可通过百分表读取竖向加载头133向下移动距离获得,所述下盒113的水平位移通过百分表读取下盒移动距离获得。当试件在荷载下发生变形,导致加载杠杆发生过大倾斜时,可通过摇动调平衡装置146的手柄将其活塞推下,使杠杆的位置调整到水平状态,从而保证了荷载大小和位置的准确。
在上文中针对一些优选实施方式进行了具体的描述,并且为说明之目的提供了一些技术细节。然而本领域的技术人员应该能够理解本发明可以有各种各样的变化和更多不同的实施方式,而且本文所描述的细节可以有相当的变化而不会偏离本发明的精神和主旨,从而应当属于本申请所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪,其特征在于,包括:
直剪盒,其设置在底座之上,包括上盒和下盒,其中所述上盒包括上盒顶盖,所述上盒和下盒之间具有剪切缝;
竖向荷载杠杆,设置为能够利用竖向荷载砝码的重量将放大后的力通过竖向加载头竖向施加到所述直剪盒的上盒顶盖;
水平荷载杠杆,设置为能够利用水平荷载砝码的重量将放大后的力通过滑轮横向施加到所述直剪盒的下盒,从而施加水平剪切力;
其中,所述竖向荷载杠杆和水平荷载杠杆均采用机械方式进行加载。
2.根据权利要求1所述的试验仪,其中在所述剪切缝的开缝处设置可调节位置的刚性调节块,以便调节开缝的大小。
3.根据权利要求1所述的试验仪,其中所述直剪盒的上盒配置了上盒移动保持架,用来防止所述上盒翻转。
4.根据权利要求1所述的试验仪,其中所述直剪盒配置有滚轴装置,用来控制上盒不翻转并且防止上盒和下盒接触。
5.根据权利要求1所述的试验仪,其中所述水平荷载杠杆和所述竖向荷载杠杆均配置有杠杆调平衡装置,用来保证荷载大小和位置的准确。
6.根据权利要求1所述的试验仪,其中还可包括水平力传感器,其与分别所述水平荷载杠杆连接用来读取水平拉力大小。
7.根据权利要求1所述的试验仪,其中所述直剪盒还配置有水槽,从而在测试需要时可以注水用来对试件进行湿化。
8.根据权利要求1所述的试验仪,其中所述竖向荷载杠杆和所述水平荷载杠杆设置为分别使得竖向和水平荷载都是通过1:24的杠杆放大,然后再施加到试样上。
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