CN214373992U - 一种可用于散体剪切可视化的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可用于散体剪切可视化的试验装置，包括剪切盒、定位杆、透明材料板、图像识别设备、滑动加压装置、压板以及位移计，剪切盒包括下剪切盒和上剪切盒，上剪切盒放置于下剪切盒上，并且下剪切盒固定在剪切仪器上，下剪切盒和上剪切盒上设置有定位孔，并通过定位杆进行插接定位，透明材料板固定在下剪切盒与上剪切盒上，并通过螺钉进行固定。本实用新型通过对图像识别设备和透明材料结合进行散体剪切试验，可对剪切过程中散体颗粒的位移、速度、旋转、应力和变形情况进行实时监测，从而克服了传统剪切试验不能观察剪切带的变化、难以探究应力与剪切带变化规律的缺点。
Description
技术领域
本实用新型具体是一种可用于散体剪切可视化的试验装置，涉及散体颗粒剪切演化机理分析领域。
背景技术
散体颗粒系统在各行各业均有涉及，如农产品中有水稻、玉米等贮存过程中堆积，道路工程中的道砟的铺设，地下采矿过程中的放矿系统与边坡工程中的散体边坡等。散体系统受到外部扰动发生的破坏基本上都是剪切破坏，其破坏规模、破坏特征因为散体的不均匀性而千差万别。因此探究散体自身的不均匀性包括级配、密度、形状、分布等在相同外部条件下散体颗粒剪切过程中颗粒位移、速度、旋转、应力的变化规律有重要作用。
目前，为研究散体的剪切特性，一般是采用剪切试验装置对散体进行固结直剪试验研究，以分析在不同固结应力下散体的剪切力学特征如剪切强度、残余强度、剪切模量以及摩擦系数等，对散体系统的受力分析和运动分析、保障散体系统安全运行有重要意义。但传统的剪切试验多采用固结直剪试验进行散体颗粒剪切力学特性的研究，对剪切过程中剪切面的颗粒的位移、旋转方面的研究较少；此外现有的固结直剪试验多用于剪切结果推测系统变化，剪切过程不可视，无法监测剪切带的演化规律，取而代之采用数值模拟探究剪切过程颗粒运动状态和受力情况具有一定的局限性。
实用新型内容
因此，为了解决上述不足，本实用新型在此提供一种可用于散体剪切可视化的试验装置。
本实用新型是这样实现的，构造一种可用于散体剪切可视化的试验装置，该装置包括剪切盒、定位杆、透明材料板、图像识别设备、滑动加压装置、压板以及位移计，所述剪切盒包括下剪切盒和上剪切盒，所述上剪切盒放置于下剪切盒上，并且下剪切盒固定在剪切仪器上，所述下剪切盒和上剪切盒上设置有定位孔，并通过定位杆进行插接定位，所述透明材料板固定在下剪切盒与上剪切盒上，并通过螺钉进行固定，所述压板安装在上剪切盒顶部，并且压板上面设置有滑动加压装置，所述图像识别设备位于上剪切盒、下剪切盒上面透明材料板的前方，所述位移计与下剪切盒固定，且位移计与上剪切盒接触而不产生力，所述滑动加压装置由滑动滚轮和承压结构组成而成，所述滑动滚轮两端与承压结构通过接合口连接。
优选的，所述剪切盒的上下内腔尺寸为300mm×300mm×300mm，并且剪切盒内部光滑状，所述剪切盒顶部为开口处理，并且内部装填有散体。
优选的，所述散体为粒径大于1mm且小于30mm的散体粒径，所述散体可以由矿石、岩石、道砟、玉米、大豆、砂土和相似材料制成，并且散体可以喷涂散斑进行识别，也可以采用轮廓识别。
优选的，所述下剪切盒与上剪切盒左右两侧设置有与螺钉相匹配的螺纹孔，并且下剪切盒与上剪切盒中间设置有弧面滑槽。
优选的，所述压板覆盖在装填于剪切盒内的散体顶部。
优选的，所述剪切盒与图像识别设备之间的位置是可调整的，并且图像识别设备包括专业设备和普通摄像设备。
优选的，所述压板与剪切盒内腔尺寸相同。
优选的，所述滑动滚轮两端的尺寸与承压结构的孔径相同，且结合处涂抹有润滑脂，而滑动滚轮的外直径大于承压结构内部的高度。
优选的，所述剪切盒前面透明材料可采用钢化玻璃材料；其余部分均采用钢制品保障剪切盒本身的刚度；所述压板、滑动加压装置采用钢制品；所述图像识别设备采用双摄像机交叉成像，自动构建监测三维空间坐标系。
本实用新型具有如下优点：本实用新型通过改进在此提供一种可用于散体剪切可视化的试验装置，与同类型设备相比，具有如下改进：
优点1：本实用新型所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，通过两台图像识别设备通过剪切盒前面透明材料对剪切盒内部装填材料在剪切试验过程中的位移、速度、旋转、应力等进行实时监测，克服了传统剪切试验不能监测剪切面颗粒运动状态和受力状态以及剪切带演化的缺点。
优点2：本实用新型所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，设置的透明装置可拆卸，采用螺纹固定可更换，便于出现透明装置损坏或者刚度不够及时维修。
优点3：本实用新型所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，设置的滑动加压装置与压板配合可以完美的处理剪切过程中固结应力的均匀传递，更可以根据试验的需要添加不同的固结应力进行剪切特性研究。
优点4：本实用新型所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，将应力、位移、颗粒运动、剪切带演化四种剪切特性有机结合，能进行单独分析和交叉耦合分析，能进一步对剪切特性的过程进行多元化分。
优点5：本实用新型所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，操作简单、可视化，能对散体的剪切特性较好研究，并对工程中散体系统具有指导和参考意义。
附图说明
图1是本实用新型的可用于散体剪切可视化的试验装置的结构示意图；
图2是本实用新型中滑动加压装置示意图；
图3是本实用新型中剪切过程示意图；
图4是本实用新型中的剪切盒沿图1中A-A向的剖视图。
其中：下剪切盒-1、定位杆-2、螺钉-3、透明材料板-4、图像识别设备-5、滑动加压装置-6、滑动滚轮-7、压板-8、上剪切盒-9、位移计-10、弧面滑槽-11、承压结构-12、接合口-13、散体-14、剪切带-15、剪切方向-16。
具体实施方式
下面将结合附图1-4对本实用新型进行详细说明，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型通过改进在此提供一种可用于散体剪切可视化的试验装置，包括剪切盒、定位杆2、透明材料板4、图像识别设备5、滑动加压装置6、压板8以及位移计10，剪切盒包括下剪切盒1和上剪切盒9，上剪切盒9放置于下剪切盒1上，使剪切盒之间散体14相互移动进行剪切，并且下剪切盒1固定在剪切仪器上，保障剪切过程的稳定性，下剪切盒1和上剪切盒9上设置有定位孔，并通过定位杆2进行插接定位，装填散体14时插入定位杆2定位保证剪切盒不会产生偏移，进行试验时取出避免干扰试验结果，透明材料板4固定在下剪切盒1与上剪切盒9上，并通过螺钉3进行固定，压板8安装在上剪切盒9顶部，并且压板8上面设置有滑动加压装置6，图像识别设备5位于上剪切盒9、下剪切盒1上面透明材料板4的前方，位移计10与下剪切盒1固定，且位移计10与上剪切盒9接触而不产生力，方便测量上剪切盒9的位移，并结合图像识别设备5进行分析，滑动加压装置6由滑动滚轮7和承压结构12组成而成，滑动滚轮7两端与承压结构12通过接合口13连接，保证滑动滚轮7的运转畅通无阻。
进一步的，所述剪切盒的上下内腔尺寸为300mm×300mm×300mm，并且剪切盒内部光滑状，减小内壁摩擦，保障剪切试验数据的精确性，所述剪切盒顶部为开口处理，方便装填散体14，并且内部装填有散体14。
进一步的，所述散体14为粒径大于1mm且小于30mm的散体粒径，所述散体14可以由矿石、岩石、道砟、玉米、大豆、砂土和相似材料制成，并且散体14可以喷涂散斑进行识别，也可以采用轮廓识别。
进一步的，所述下剪切盒1与上剪切盒9左右两侧设置有与螺钉3相匹配的螺纹孔，方便透明材料板4进行拆装，并且下剪切盒1与上剪切盒9中间设置有弧面滑槽11，保证剪切过程中不会产生偏移，从而保证剪切试验的准确性。
进一步的，所述压板8覆盖在装填于剪切盒内的散体14顶部，保证固结压力均匀传递到散体颗粒系统中。
进一步的，所述剪切盒与图像识别设备5之间的位置是可调整的，另外图像识别设备5的高度亦可自动调整，保证剪切过程中成像的精度，并且图像识别设备5包括专业设备和普通摄像设备。
进一步的，所述压板8与剪切盒内腔尺寸相同，保证上部压力均匀传递到内部装填散体颗粒。
进一步的，所述滑动滚轮7两端的尺寸与承压结构12的孔径相同，且结合处涂抹有润滑脂，以减少摩擦，而滑动滚轮7的外直径大于承压结构12内部的高度，以保证承压结构的面板能直接压在滑动滚轮7上部，滑动加压装置6能稳定传递上部压力到压板8且保证压板8随剪切盒剪切过程中仍能稳定传递固结压力；滑动加压装置6能减小压板8与上部加压装置的摩擦，保证剪切试验的准确性。
本实用新型通过改进提供一种可用于散体剪切可视化的试验装置，工作原理如下；
第一，进行试验之前先固定好下剪切盒1，并用螺钉3拧紧透明材料板4，将上剪切盒9放置在下剪切盒1上对正，插入定位杆2，保障散体14装填过程中剪切盒不会产生滑动影响试验结果；
第二，将准备好的散体14铺设到剪切盒内腔中，其中具有标志性的散体14铺设到透明材料板4处，逐渐累积直到散体14装填到上剪切盒9顶部5mm处；
第三，盖上压板8到散体14上，并将滑动加压装置6放置于压板8上，两者各自中心对齐，保证传压过程的稳定性；
第四，开启剪切仪对滑动加压装置6施加预设压力，并调整侧面加载装置刚好贴合在上剪切盒9右侧且不受力；
第五，调整图像识别设备5的位置和高度，并且调整图像识别设备5的分辨率保证透明材料板4内部的散体14能非常清晰的识别；
第六，开启图像识别设备5，启动剪切仪器对上剪切盒9进行加载，用图像识别设备5对剪切盒内部的散体14和剪切带15进行监测，观察其演化过程；
第七，重复第二，第三，第四，第五，第六的操作，改变不同粒径级配、不同固结应力进行剪切试验，探究多种级配不同固结应力条件下散体14的位移、速度、旋转、应力等变形情况，探究剪切带15随着剪切位移、应力、旋转、速度的内在联系与变化特征。
本实用新型通过改进提供一种可用于散体剪切可视化的试验装置，通过剪切盒前方的图像识别设备5对透明材料板4后面的标志性散体14进行位移、速度、旋转、应力的实时监测，克服了传统剪切装置不能监测剪切过程中散体运动以及剪切带时空演化的缺点；本实用新型小巧灵活、操作简单、可视化，能直观监测散体14剪切过程中的运动状态和剪切带15的时空演化规律，亦可联动剪切强度与运动规律，实现数值模拟手段才能实施的多因素耦合分析，可弥补散体14剪切特性的不足，对散体系统具有指导意义。
Claims (8)
1.一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：包括剪切盒、定位杆(2)、透明材料板(4)、图像识别设备(5)、滑动加压装置(6)、压板(8)以及位移计(10)，所述剪切盒包括下剪切盒(1)和上剪切盒(9)，所述上剪切盒(9)放置于下剪切盒(1)上，并且下剪切盒(1)固定在剪切仪器上，所述下剪切盒(1)和上剪切盒(9)上设置有定位孔，并通过定位杆(2)进行插接定位，所述透明材料板(4)固定在下剪切盒(1)与上剪切盒(9)上，并通过螺钉(3)进行固定，所述压板(8)安装在上剪切盒(9)顶部，并且压板(8)上面设置有滑动加压装置(6)，所述图像识别设备(5)位于上剪切盒(9)、下剪切盒(1)上面透明材料板(4)的前方，所述位移计(10)与下剪切盒(1)固定，且位移计(10)与上剪切盒(9)接触而不产生力，所述滑动加压装置(6)由滑动滚轮(7)和承压结构(12)组成而成，所述滑动滚轮(7)两端与承压结构(12)通过接合口(13)连接。
2.根据权利要求1所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述剪切盒的上下内腔尺寸为300mm×300mm×300mm，并且剪切盒内部光滑状，所述剪切盒顶部为开口处理，并且内部装填有散体(14)。
3.根据权利要求2所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述散体(14)为粒径大于1mm且小于30mm的散体粒径，所述散体(14)可以由矿石、岩石、道砟、玉米、大豆、砂土和相似材料制成，并且散体(14)可以喷涂散斑进行识别，也可以采用轮廓识别。
4.根据权利要求1所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述下剪切盒(1)与上剪切盒(9)左右两侧设置有与螺钉(3)相匹配的螺纹孔，并且下剪切盒(1)与上剪切盒(9)中间设置有弧面滑槽(11)。
5.根据权利要求1所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述压板(8)覆盖在装填于剪切盒内的散体(14)顶部。
6.根据权利要求1所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述剪切盒与图像识别设备(5)之间的位置是可调整的，并且图像识别设备(5)包括专业设备和普通摄像设备。
7.根据权利要求1所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述压板(8)与剪切盒内腔尺寸相同。
8.根据权利要求1所述一种可用于散体剪切可视化的试验装置，其特征在于：所述滑动滚轮(7)两端的尺寸与承压结构(12)的孔径相同，且结合处涂抹有润滑脂，而滑动滚轮(7)的外直径大于承压结构(12)内部的高度。
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| CN113899661B (zh) * | 2021-11-08 | 2022-12-27 | 北京科技大学 | 基于矿岩颗粒体系结构特征的细小颗粒穿流特性研究方法 |
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