JP2021529936A - Visualization interface direct shearing machine that can consider temperature and permeation flow action - Google Patents
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Abstract
本発明は、直接せん断機本体、取り外し可能な浸透流モジュール、温度作用モジュール及び可視化高精細粒子捕捉モジュールを含む温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機を開示する。本発明に係る直接せん断機本体では、せん断方向及び法線方向の2つサーボシステムを用いて定応力、定剛性、定体積法線境界での界面直接せん断試験を実現することができる。直接せん断機本体の法線境界条件については、主に法線方向サーボモータによって、フィードバックされてきた変位及び力信号に対して、等体積、等応力、等剛性法線境界制御を実現する。The present invention discloses a visualization interface direct shearing machine that can consider temperature and permeation flow action, including a direct shearing machine body, a removable permeation flow module, a temperature action module and a visualization high-definition particle capture module. In the direct shearing machine main body according to the present invention, it is possible to realize an interface direct shear test at a constant stress, constant rigidity, and constant volume normal boundary by using two servo systems in the shear direction and the normal direction. Regarding the normal boundary conditions of the direct shearing machine body, equal volume, equal stress, and equal rigidity normal boundary control are realized mainly for the displacement and force signals fed back by the normal direction servomotor.
Description
本発明は、温度制御モジュール、浸透流モジュール及び可視化高精細粒子捕捉モジュールに関し、特に温度−せん断、浸透流−せん断作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機に関する。当該直接せん断機は、定応力、定剛性、定体積の法線境界を実現できるだけではなく、土体浸蝕-せん断作用、温度-せん断作用を考慮することもでき、可視化高精細捕捉手段と組み合わせることで、構造物界面の土体に浸透流が発生する前後、温度サイクル後のせん断強度特性及び界面における粒子移動ミクロメカニズムを深く研究することができる。 The present invention relates to a temperature control module, a permeation flow module and a visualization high-definition particle capture module, and more particularly to a visualization interface direct shearing machine capable of considering temperature-shear and permeation flow-shear effects. The direct shearing machine can not only realize constant stress, constant rigidity, and constant volume normal interface, but can also consider soil erosion-shearing action and temperature-shearing action, and can be combined with visualization high-definition capturing means. Therefore, it is possible to deeply study the shear strength characteristics before and after the infiltration flow is generated in the soil at the interface of the structure and after the temperature cycle, and the micromechanism of particle movement at the interface.
海洋工程では、吸引アンカーは、適用範囲が広く、施工時間が短く、再利用性が高く、コストが低いため、広く使用されている。沈下取付は、吸引バケツ基礎施工過程における重要なステップである。吸引バケツは、取付過程では、ウォーターポンプによりバケツ内の水を吸引して負圧を形成し、バケツ内外の圧力差により吸引バケツ基礎を設計高度まで沈下させる。揚水浸透時には、吸引バケツの壁の近くに浸透流フィールドを形成し、断続的グレーディング土体における微粒子は、浸透力の作用によって侵食される可能性が極めて高くなり、土粒子の浸透流量が増加するにつれて、土体とバケツの壁との間における界面強度が低下し、その実際の引抜き耐力が設計値より低くなる。 In marine processes, suction anchors are widely used due to their wide range of application, short construction time, high reusability and low cost. Subsidence mounting is an important step in the suction bucket foundation construction process. In the mounting process, the suction bucket sucks water in the bucket with a water pump to form a negative pressure, and the pressure difference between the inside and outside of the bucket causes the suction bucket foundation to sink to the design altitude. During pumping infiltration, a permeation flow field is formed near the walls of the suction bucket, and fine particles in the intermittent grading soil are extremely likely to be eroded by the action of osmotic force, increasing the permeation flow rate of soil particles. As a result, the interfacial strength between the soil body and the wall of the bucket decreases, and its actual pull-out strength becomes lower than the design value.
海洋環境は、昼夜温度差が大きく、かつ海平面から深い海域まで温度勾配が大きく、また、現在、地中熱エネルギー杭は、上部構造荷重を受けることができるだけでなく、縦熱交換システムとして広く適用することもできる。温度作用により、エネルギー杭内部に温度場が形成され、熱膨脹及び冷収縮を起こると、杭体内部に応力場が形成され、さらに杭体内に応力場が形成され、その際の歪み応力場は、周囲の土体や上下段の拘束等の因子からの影響によって、通常の杭−土界面と異なる特徴を示す。 In the marine environment, the temperature difference between day and night is large, and the temperature gradient is large from the sea plane to the deep sea area. Currently, the geothermal energy pile can not only receive the superstructure load but also is widely used as a longitudinal heat exchange system. It can also be applied. A temperature field is formed inside the energy pile due to the thermal action, and when thermal expansion and cold contraction occur, a stress field is formed inside the pile body, and a stress field is further formed inside the pile body. It shows different characteristics from the normal pile-soil interface due to the influence of factors such as the surrounding soil and the restraint of the upper and lower stages.
実際の工程では、土体及び構造が浸透流作用又は温度作用を受ける前後の界面せん断挙動変化の評価及び測定によく関係するが、しかしながら、現状では、浸透流又は温度が界面せん断強度に与える影響を検出及び評価可能な関連する実験機器及び技術が存在しない。 In the actual process, it is well related to the evaluation and measurement of the change in interfacial shear behavior before and after the soil and structure are subjected to permeation flow or temperature action, however, at present, the effect of permeation flow or temperature on the interfacial shear strength. There is no relevant laboratory equipment or technology capable of detecting and evaluating.
界面直接せん断機は、優れた界面強度測定機器であり、その簡単な操作と正確な測定データのために多く使用されている。現在、国内外の直接せん断機は、徐々に大型化、総合化、自動化の方向に徐々に発展しており、試験機器の機能は完備であり、ロード及びデータの採集は、ほぼ自動化されている。しかし、現在、界面せん断の土粒子の運動移動、せん断帯の形成、物理状態の進化及び局部変形メカニズムに関する研究及び機器は、まだ少ない。 The interfacial direct shear machine is an excellent interfacial strength measuring device, and is often used because of its simple operation and accurate measurement data. Currently, domestic and foreign direct shear machines are gradually developing in the direction of larger size, integration, and automation, the functions of test equipment are complete, and loading and data collection are almost automated. .. However, at present, there are still few studies and instruments on the motion movement of soil particles of interfacial shear, the formation of shear zones, the evolution of physical states and the local deformation mechanism.
以上の背景に鑑みて、土体浸透流-せん断作用及び温度-せん断作用が界面せん断挙動に与える影響をより良く研究するために、本発明は、温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機を提供する。 In view of the above background, in order to better study the effects of soil permeation flow-shearing action and temperature-shearing action on interfacial shearing behavior, the present invention presents a visualization interface direct that can consider temperature and permeation flow action. Provide a shearing machine.
従来技術の不足に鑑みて、本発明は、温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機を提供する。当該直接せん断機は、海洋吸引バケツの内外側の土体が浸透流を発生した後に鋼界面とのせん断挙動変化及び海底オイルガスパイプラインの周囲の土体がフラッシングされることによって管路が破壊されることをシミュレーションできるだけでなく,温度作用で構造と土体界面のせん断強度の変化を検討することができる。本発明は、温度作用及び浸透流作用を1台の界面直接せん断機に集積することで、機器の機能性、利便性を効果的に向上させる。 In view of the lack of prior art, the present invention provides a visualization interface direct shearing machine that can consider temperature and permeation flow effects. In the direct shearing machine, the pipeline is destroyed by the change in shear behavior with the steel interface and the flushing of the soil around the seabed oil gas pipeline after the soil inside and outside the ocean suction bucket generates a seepage flow. Not only can this be simulated, but changes in the shear strength between the structure and the soil interface can be examined by the action of temperature. The present invention effectively improves the functionality and convenience of the equipment by integrating the temperature action and the permeation flow action into one interface direct shearing machine.
本発明は、以下の技術案が採用される。
温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機であって、
直接せん断機本体と、取り外し可能な浸透流モジュールと、温度作用モジュールと、可視化高精細粒子捕捉モジュールとを含み、
前記直接せん断機本体は、台座と、せん断方向サーボモータと、剛性反力フレームと、サーボ制御システムと、下から上へ順に台座に設けられる水平スライドレール、スライダ、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板、無蓋水浴箱、縦方向移動可能な蓋板、キャリアプレート及び法線方向サーボモータとを含み、前記剛性反力フレームは、台座に設けられ、前記法線方向サーボモータは、剛性反力フレームに設けられ、前記剛性反力フレームの2つの側面には、さらに縦方向スライドレールが設けられ、前記縦方向移動可能な蓋板と縦方向スライドレールとの接続箇所には、縦方向位置制限調節弁が設けられ、前記無蓋水浴箱内には、方形透明位置制限リングが設けられ、前記方形透明位置制限リングは、内部が中空であり、その頂部が縦方向移動可能な蓋板の底部に接続され、且つ内部に試験土体が装填され、前記スライダとせん断方向サーボモータとの間に力センサが設けられ、スライダは、水平スライドレールに沿って水平に移動可能であり、前記サーボ制御システムは、せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータを制御するために用いられ、せん断方向サーボモータと法線方向サーボモータとは、それぞれスライダの水平移動と方形透明位置制限リングの上下移動を制御するために用いられ、このようにして、試験土体の界面せん断をシミュレーションすることができ、
前記取り外し可能な浸透流モジュールは、給水管路、排水管路及び浸透圧流量調整制御システムを含み、前記給水管路は、順に貯水タンク、第1バルブ、水圧センサ、電磁流量計及び方形透明位置制限リングが接続され、前記排水管路は、順に方形透明位置制限リング、第2バルブ、粒子収集装置、ウォーターポンプ、貯水タンクが接続され、前記方形透明位置制限リングの給水管路に近接する側には、給水を整流してそれを試験土体に均一且つ安定的に流入させる透水石が設けられ、前記方形透明位置制限リングの排水管路に近接する側には、均一に丸孔が開設され、当該側において浸透流方向に垂直な面には、2つの孔付きのクランプ板が設けられ、丸孔とクランプ板における孔とは、孔径が一致であり、このようにして、2つのクランプ板が浸透流経路に対して垂直に両側へ対称的に開閉することで、浸透流孔径が必要な範囲内に変化するように制御することができ(クランプ板における孔と方形透明位置制限リングにおける孔とは完全にずらす場合、浸透流孔径が0であり、クランプ板における孔と方形透明位置制限リングにおける孔とは完全に重ね合わせる場合、浸透流孔径が最大である)、前記クランプ板の外側に不透水板が設けられ、両者の間に密閉チャンバが形成され、密閉チャンバは、排水管路に接続され、
前記温度作用モジュールは、S型銅管と、温度センサと、温度調整制御システムと、貯水タンクとを含み、前記S型銅管は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板に埋設され、且つ水管を介して貯水タンクに接続され、前記温度調整制御システムは、貯水タンクにおける循環水の温度を制御するために用いられ、前記S型銅管は、循環水により無蓋水浴箱を加熱し、前記温度センサは、無蓋水浴箱内の温度を測定するとともに、温度を調整のために温度調整制御システムにフィードバックするために用いられ、
前記可視化高精細粒子捕捉モジュールは、水中高精細カメラ及び画像処理システムを含み、前記水中高精細カメラは、前記無蓋水浴箱の内壁に設けられ、界面位置における土体の運動状況を監視するために用いられ、
前記サーボ制御システムと、浸透圧流量調整制御システムと、温度調整制御システムと、画像処理システムとは、1台のコンピュータに統合されて制御を行い、
前記方形透明位置制限リングの取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板から2mm離れる箇所には、せん断方向に垂直な方向において、様々な状態での土体せん断波速度を検出して土体のせん断(浸蝕)でのせん断弾性率を評価するための1対の屈曲素子が設けられている。
The following technical proposals are adopted in the present invention.
It is a visualization interface direct shearing machine that can consider temperature and permeation flow action.
Includes direct shearing machine body, removable osmotic flow module, temperature action module, and visualization high definition particle capture module.
The direct shearing machine body includes a pedestal, a shearing direction servomotor, a rigid reaction force frame, a servo control system, and horizontal slide rails, sliders, and removable pseudo-interfacial zinc-plated steel plates provided on the pedestal in order from bottom to top. The rigid reaction force frame includes a lidless bath box, a vertically movable lid plate, a carrier plate, and a normal direction servomotor, and the normal direction servomotor is provided on a rigid reaction force frame. Vertical slide rails are further provided on the two side surfaces of the rigid reaction force frame, and vertical position limiting control valves are provided at the connection points between the vertically movable lid plate and the vertical slide rails. Is provided, and a square transparent position limiting ring is provided in the open bath box. The square transparent position limiting ring has a hollow inside, and the top thereof is connected to the bottom of a lid plate that can be moved in the vertical direction. And, a test soil is loaded inside, a force sensor is provided between the slider and the shear direction servomotor, the slider can move horizontally along the horizontal slide rail, and the servo control system is a servo control system. It is used to control the shear direction servo motor and the normal direction servo motor, and the shear direction servo motor and the normal direction servo motor are used to control the horizontal movement of the slider and the vertical movement of the square transparent position limiting ring, respectively. Used, in this way, the interfacial shear of the test soil can be simulated,
The removable osmotic flow module includes a water supply line, a drainage line and an osmotic flow rate adjustment control system, in which the water supply line is a water storage tank, a first valve, a water pressure sensor, an electromagnetic flow meter and a square transparent position. The restriction ring is connected, and the drainage line is connected to the square transparent position limiting ring, the second valve, the particle collector, the water pump, and the water storage tank in this order, and the side of the square transparent position limiting ring close to the water supply line. Is provided with a water-permeable stone that rectifies the water supply and allows it to flow into the test soil uniformly and stably, and a round hole is uniformly opened on the side of the square transparent position limiting ring near the drainage pipe. A clamp plate with two holes is provided on the surface perpendicular to the osmotic flow direction on that side, and the round hole and the hole in the clamp plate have the same hole diameter, and thus the two clamps. By opening and closing the plate symmetrically to both sides perpendicular to the permeation flow path, the permeation flow hole diameter can be controlled to change within the required range (in the hole in the clamp plate and the square transparent position limiting ring). The permeation flow hole diameter is 0 when completely displaced from the hole, and the permeation flow hole diameter is maximum when the hole in the clamp plate and the hole in the square transparent position limiting ring are completely overlapped), the outside of the clamp plate. Is provided with an impermeable plate, a closed chamber is formed between the two, and the closed chamber is connected to the drainage pipe.
The temperature action module includes an S-shaped copper tube, a temperature sensor, a temperature adjustment control system, and a water storage tank, and the S-shaped copper tube is embedded in the removable pseudo-interfacial zinc-plated steel plate and is a water tube. The temperature adjustment control system is used to control the temperature of the circulating water in the water storage tank, and the S-shaped copper tube heats the uncovered bath box with the circulating water to control the temperature of the circulating water. The sensor is used to measure the temperature inside the uncovered bath box and to feed the temperature back to the temperature control control system for regulation.
The visualization high-definition particle capture module includes an underwater high-definition camera and an image processing system, and the underwater high-definition camera is provided on the inner wall of the uncovered bath box to monitor the movement state of the earth body at the interface position. Used,
The servo control system, the osmotic pressure flow rate adjustment control system, the temperature adjustment control system, and the image processing system are integrated into one computer for control.
At a
上記技術案では、さらに、前記スライダは、ナットを介して取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板に接続され、方形透明位置制限リングは、ナットを介して縦方向移動可能な蓋板に接続され、縦方向位置制限調節弁、縦方向スライドレール及び縦方向移動可能な蓋板によって、方形透明位置制限リングと取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板との距離を調整することができる。 In the above technical proposal, the slider is further connected to a removable pseudo-interfacial galvanized steel sheet via a nut, and the square transparent position limiting ring is connected to a vertically movable lid plate via a nut. The distance between the square transparent position limiting ring and the removable pseudo-interfacial galvanized steel sheet can be adjusted by the directional position limiting control valve, the vertical slide rail and the vertically movable lid plate.
さらに、前記キャリアプレートの底部の中心には、法線方向の力の大きさを力センサと比較するための土圧力計が設けられている。 Further, at the center of the bottom of the carrier plate, an earth pressure gauge for comparing the magnitude of the force in the normal direction with the force sensor is provided.
さらに、前記浸透流モジュールは、浸透流圧調整制御システム及び給水管路、排水管路により、土体に1〜500kPaの浸透流圧力及び0〜20cm3/sの流量を加えることができる。 Further, the permeation flow module can apply a permeation flow pressure of 1 to 500 kPa and a flow rate of 0 to 20 cm 3 / s to the soil body by the permeation flow pressure adjustment control system, the water supply line and the drain line.
さらに、前記せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータは、いずれも0〜1MPaのせん断力及び法線方向圧力を提供することができる。 Further, the shear direction servomotor and the normal direction servomotor can both provide a shear force of 0 to 1 MPa and a normal direction pressure.
さらに、前記粒子収集装置は、孔径が上から下へ順に減少し、全体浸蝕量及び粒子のグレーディングの変化を確定するための1セットの標準篩を含む。 In addition, the particle collector includes a set of standard sieves for determining changes in total erosion and particle grading as the pore size decreases from top to bottom.
さらに、前記温度センサは、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板に直線に均一に配置され、無蓋水浴箱内の鋼-砂界面における温度の均一性を検証するために用いられ、温度循環を実現し、温度範囲は、0〜70℃である。 In addition, the temperature sensor is linearly and uniformly placed on a removable quasi-interface galvanized steel sheet and is used to verify temperature uniformity at the steel-sand interface in an uncovered water bath box to achieve temperature circulation. The temperature range is 0 to 70 ° C.
さらに、前記矩形透水石は、方形透明位置制限リングに嵌入され、嵌入深さが方形透明位置制限リング側の肉厚の半分である。 Further, the rectangular permeable stone is fitted into the square transparent position limiting ring, and the fitting depth is half the wall thickness on the square transparent position limiting ring side.
本発明に係る直接せん断機本体は、せん断方向及び法線方向の2つのサーボシステムを利用して定応力、定剛性、定体積法線境界での界面直接せん断試験を実現することができる。前記界面直接せん断機本体の法線境界条件は、主に法線方向サーボモータにより、フィードバックされてきた変位及び力信号に対して、等体積、等応力、等剛性法線境界制御を実現する。ここで、等体積及び等応力制御は、せん断過程で変位及び軸力示数が変わらないように維持するものであり、等剛性制御は、主に土の縦方向変位を実測して剛性計算式で法線方向圧力を調節し、等剛性境界状況を実現する。 The direct shear machine body according to the present invention can realize an interface direct shear test at a constant stress, constant rigidity, and constant volume normal boundary by utilizing two servo systems in the shear direction and the normal direction. The normal boundary condition of the interface direct shearing machine main body realizes equal volume, equal stress, and equal rigidity normal boundary control with respect to the displacement and force signals fed back mainly by the normal direction servomotor. Here, the equal volume and equal stress control is to maintain the displacement and the axial force reading so as not to change in the shearing process, and the equal rigidity control is a rigidity calculation formula mainly by actually measuring the vertical displacement of the soil. Adjust the pressure in the normal direction with to realize the equi-rigid boundary condition.
土体浸透流-せん断試験を行うとき、最初に法線境界条件を調整し、法線方向サーボモータにより縦方向移動可能な蓋板を駆動することによって、方形透明位置制限リングの位置を調整して、それを無蓋水浴箱底部に密接するようにする。管路により順に貯水タンク、第1バルブ、水圧センサ、電磁流量計、方形透明位置制限リング、第2バルブ、粒子収集装置、ウォーターポンプ、浸透圧流量調整制御システムを接続して閉回路を形成し、良好な水密性を確保するために密封性検査を行う。流量及び浸透流圧力を固定値に調整し、試料の粒径に応じて方形透明位置制限リングの孔径を調整し、第1バルブ及び第2バルブを開いて土体浸透流を行う。浸透流が終了した後、給水管路及び排水管路を順に取り外し、再び縦方向移動可能な蓋板により方形透明位置制限リングの位置を調整して、それと無蓋水浴箱の底部との間にスリットを開け、このように、リングと無蓋水浴箱の底部との摩擦によって試験の精度が影響されることを回避する。その後、界面せん断を行い、浸蝕前後で土体と構造物との界面強度の変化を検討する。試験前後に、さらにせん断波速度測定(せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータのそれぞれにより試験土体の界面せん断をシミュレーションする)を行ってもよく、このようにして、浸蝕作用が土体せん断剛性に与える影響を検討することできる。 When performing a soil permeation flow-shear test, first adjust the normal boundary conditions and then adjust the position of the square transparent position limiting ring by driving a vertically movable lid plate with a normal direction servomotor. And make it close to the bottom of the uncovered bath box. A closed circuit is formed by connecting the water storage tank, the first valve, the water pressure sensor, the electromagnetic flow meter, the square transparent position limiting ring, the second valve, the particle collector, the water pump, and the osmotic flow rate adjustment control system in order according to the pipeline. , Perform a sealability test to ensure good watertightness. The flow rate and osmotic flow pressure are adjusted to fixed values, the hole diameter of the square transparent position limiting ring is adjusted according to the particle size of the sample, and the first valve and the second valve are opened to perform the osmotic flow of the soil. After the permeation flow is completed, remove the water supply and drainage pipes in order, adjust the position of the square transparent position limiting ring again with the vertically movable lid plate, and slit between it and the bottom of the open bath box. Open, thus avoiding the friction between the ring and the bottom of the open bath box affecting the accuracy of the test. After that, interfacial shear is performed, and the change in interfacial strength between the soil and the structure is examined before and after erosion. Before and after the test, further shear wave velocity measurement (simulating the interfacial shear of the test soil with each of the shear direction servomotor and the normal direction servomotor) may be performed, and in this way, the erosion action is the soil shear. The effect on rigidity can be examined.
土体温度-せん断試験を行うとき、最初に法線境界条件を調整し、S型銅管、温度センサ、温度調整制御システム及び貯水タンクを接続し、方形透明位置制限リングの側面の2つのクランプ板を閉じ、砂試料の頂部まで水没するまで、無蓋水浴箱内に注水し、コンピュータにより温度を制御し、温度作用後、界面せん断(せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータのそれぞれにより試験土体の界面せん断をシミュレーションする)を行い、恒温作用での土と構造物の界面せん断挙動を探求することができるとともに、温度循環を経た後の土と構造物の界面せん断挙動の変化を探求することができる。同様に、屈曲素子を用いてせん断波速度測定を行い、温度-せん断作用前後の土体せん断剛性の変化を比較する。 When performing a soil temperature-shear test, first adjust the normal boundary conditions, connect the S-shaped copper tube, temperature sensor, temperature control control system and water storage tank, and two clamps on the side of the square transparent position limiting ring. Close the plate, pour water into the open bath box until it is submerged to the top of the sand sample, control the temperature with a computer, and after temperature action, test soil with interfacial shear (shear direction servo motor and normal direction servo motor respectively). (Simulate the interfacial shear of the body) to explore the interfacial shear behavior of soil and structure under constant temperature action, and to explore the change of interfacial shear behavior of soil and structure after temperature circulation. be able to. Similarly, shear wave velocities are measured using a bending element, and changes in soil shear rigidity before and after temperature-shearing action are compared.
また、さらに可視化高精細粒子捕捉モジュールで界面における粒子の変位、せん断帯の形成、物理状態の進化及び局部の変形特徴をトレースすることも可能であり、ミクロのメカニズムから試験現象を解釈することができる。本発明に係る各種のセンサは、いずれも高精度センサが採用される。 In addition, the visualization high-definition particle capture module can trace particle displacement, shear zone formation, physical state evolution, and local deformation features at the interface, allowing the test phenomenon to be interpreted from a micromechanism. can. High-precision sensors are used for all of the various sensors according to the present invention.
本発明は以下の利点を有する。
本発明の温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機は、浸透流モジュールを用いて土体浸透流作用を考慮し、温度作用モジュールを用いて温度が界面せん断に与える影響をシミュレーションし、また、さらに可視化高精細粒子捕捉モジュールを用いて界面における土粒子の運動状況及び物理状態の進化を採集する。多法線方向拘束モジュールは、土体の実際の応力状態を考慮し、土体浸透流-せん断又は温度-せん断作用のリアルタイムな状態量の監視を実現することができる。本発明は、温度作用及び浸透流作用を1台の界面直接せん断機に統合し、機器の機能性、便利性を効果的に向上させる。
The present invention has the following advantages.
The visualization interface direct shearing machine that can consider the temperature and permeation flow action of the present invention considers the soil permeation flow action using the permeation flow module, and simulates the effect of temperature on the interfacial shear using the temperature action module. In addition, a visualization high-definition particle capture module is used to collect the evolution of the motion and physical states of soil particles at the interface. The multi-normal constraining module can provide real-time state quantity monitoring of soil permeation flow-shear or temperature-shear action, taking into account the actual stress state of the soil. The present invention integrates the temperature action and the permeation flow action into one interface direct shearing machine, and effectively improves the functionality and convenience of the equipment.
図面を参照しながら、本発明の技術案を明確に、完全に説明する。 The technical proposal of the present invention will be clearly and completely described with reference to the drawings.
図1に示されるように、本発明に係る温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機は、直接せん断機本体1、取り外し可能な浸透流モジュール2、温度作用モジュール3及び可視化高精細粒子捕捉モジュール4を含み、前記直接せん断機本体1は、台座5と、せん断方向サーボモータ6と、剛性反力フレーム7と、サーボ制御システム8と、下から上へ順に台座5に設けられる水平スライドレール9、スライダ10、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11、無蓋水浴箱12、縦方向移動可能な蓋板13、キャリアプレート14及び法線方向サーボモータ15とを含み、前記剛性反力フレーム7は、台座5に設けられ、前記法線方向サーボモータ15は、剛性反力フレーム7に設けられ、前記剛性反力フレーム7の2つの側面には、さらに縦方向スライドレール16が設けられ、前記縦方向移動可能な蓋板13と縦方向スライドレール16との接続箇所には、縦方向位置制限調節弁17が設けられ、前記無蓋水浴箱12内には、方形透明位置制限リング18が設けられ、せん断前に両者の平面中心位置は同じである。前記方形透明位置制限リング18は、内部が中空であり、且つ内部に試験土体が装填され、その頂部が縦方向移動可能な蓋板13の底部に接続され、縦方向位置制限調節弁17、縦方向スライドレール16及び縦方向移動可能な蓋板13により、方形透明位置制限リング18と取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11との距離を調節し、前記スライダ10とせん断方向サーボモータ6との間に高精度力センサ19が設けられ、スライダ10は、水平スライドレール9に沿って水平移動することができ、前記サーボ制御システム8は、せん断方向サーボモータ6及び法線方向サーボモータ15を制御するために用いられ、せん断方向サーボモータ6及び法線方向サーボモータ15は、それぞれスライダ10の水平移動と方形透明位置制限リング18の上下移動を制御し、これによって、試験土体の界面せん断をシミュレーションすることができる。
As shown in FIG. 1, the visualization interface direct shear machine that can consider the temperature and permeation flow action according to the present invention includes the direct
前記取り外し可能な浸透流モジュール2は、給水管路20、排水管路21及び浸透圧流量調整制御システム22を含み、前記給水管路20は、順に貯水タンク23、浸透圧流量調整制御システム22、第1バルブ24、水圧センサ25、電磁流量計26及び方形透明位置制限リング18が接続され、前記排水管路21には、順に方形透明位置制限リング18、第2バルブ27、粒子収集装置28、ウォーターポンプ29及び貯水タンク23が接続され、前記方形透明位置制限リング18における給水管路20に近接する側の底部中心位置には、1つの丸孔が開設され、当該丸孔は、給水管路20に接続され、この側における試験土体に近接する箇所には、この側の方形透明位置制限リング18に嵌入する透水石43が設けられ、給水を整流して、均一に安定的に試験土体に流入させるために用いられ、透水石43の嵌入深さは、方形透明位置制限リング18の肉厚の半分であり、前記方形透明位置制限リング18の排水管路21に近接する側には、均一に孔径2mmの丸孔が開設され、この側における浸透流方向に垂直な面には、2つの孔付きのクランプ板30が設けられ、クランプ板30における丸孔の直径は、2mmであり、2つのクランプ板は、浸透流経路に対して垂直に外側へ対称的に開閉することができ、これによって、浸透流孔径を0〜2mmで変化するように制御し、前記クランプ板30の外側に不透水板が設けられ、両者の間に密閉チャンバ42が形成され、密閉チャンバ42の底部に排水管路21が接続されている。
The removable
前記温度作用モジュール3は、S型銅管31、温度センサ32、温度調整制御システム33、及び貯水タンク23を含み、前記S型銅管31は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11に埋設され、水管を介して貯水タンク23に接続され、前記温度調整制御システム33は、貯水タンク23における循環水の温度を制御するために用いられ、前記S型銅管31は、循環水により無蓋水浴箱12を加熱し、前記温度センサ32は、無蓋水浴箱12内の温度を測定し、測定した温度を調整のために温度調整制御システム33にフィードバックする。
The
前記可視化高精細粒子捕捉モジュール4は、水中高精細カメラ34及び画像処理システム35を含み、前記水中高精細カメラ34は、前記無蓋水浴箱12の内壁に設けられ、界面位置における土体の運動状況を監視するために用いられ、前記画像処理システム35は、水中高精細カメラ34によって撮影された画像を処理する。
The visualization high-definition
前記サーボ制御システム8、浸透圧流量調整制御システム22、温度調整制御システム33、及び画像処理システム35は、1台のコンピュータ36に統合されて制御を行う。
The
前記方形透明位置制限リング18における取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11から2mm離れる箇所には、せん断方向に垂直な方向に1対の屈曲素子37が設けられ、様々な状態での土体せん断波速度を検出するために用いられる。
A pair of bending
前記スライダ10は、ナット38を介して取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11に接続され、前記方形透明位置制限リング18は、ナット39を介して縦方向移動可能な蓋板13に接続され、前記無蓋水浴箱12は、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11に溶接されている。前記キャリアプレート14の底部の中心には、土圧力計40が設けられ、法線方向の力の大きさを力センサ19と比較するために用いられる。前記浸透圧流量調整制御システム22が土体に加える浸透流圧力は1〜500kPaであり、流量は0〜20cm3/sである。前記せん断方向サーボモータ6及び法線方向サーボモータ15が提供するせん断力及び法線方向圧力は、0〜1MPaである。前記粒子収集装置28は、1セットの標準篩41を含み、それらの孔径は、上から下へ順に2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mmであり、全体浸蝕量及び粒子のグレーディングの変化を特定するために用いられる。前記温度センサ32は、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板11に直線に均一に配置され、無蓋水浴箱12内の鋼-砂界面における温度の均一性を検証し、リアルタイムの温度を調整のために温度調整制御システム33にフィードバックし、温度範囲は、0〜70℃である。
The
土体浸透流-せん断試験を行うとき、まず、法線境界条件を調整して、法線方向サーボモータ15が縦方向移動可能な蓋板13を上下移動させるように駆動することによって、方形透明位置制限リング18の位置を調整し、それを無蓋水浴箱12の底部に密接させるようにする。管路により、順に貯水タンク23、第1バルブ24、水圧センサ25、電磁流量計26、方形透明位置制限リング18、第2バルブ27、粒子収集装置28、ウォーターポンプ29、及び浸透圧流量調整制御システム22を接続して閉回路を形成し、良好な水密性を確保するために密封性検査を行う。流量及び浸透流圧力を固定値に調整し、試料粒径に応じて方形透明位置制限リング18の孔径及びクランプ板30の孔径(クランプ板の運動を制御することで浸透流孔径を制御する)を調整し、第1バルブ24、第2バルブ27を開いて浸透流を行う。浸透流が終了した後、給水管路20及び排水管路21を順に取り外し、再び縦方向移動可能な蓋板13を介して方形透明位置制限リング18の位置を調整して、それと無蓋水浴箱12の底部との間にスリットを開けることによって、位置制限リング18と無蓋水浴箱12の底部との摩擦が試験精度に影響を与えることが避けられる。その後、再び界面せん断(せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータによりそれぞれ試験土体の界面せん断をシミュレーションする)を行い、浸蝕前後の土体と構造物との界面強度の変化を検討する。試験前後にさらにせん断波速度測定を行ってもよく、これによって、浸蝕作用が土体せん断剛性に与える影響を調べることができる。
When performing a soil permeation flow-shear test, first, the normal boundary condition is adjusted, and the
土体温度-せん断試験を行うとき、最初に法線境界条件を調整し、S型銅管31、温度センサ32、温度調整制御システム33、及び貯水タンク23を接続し、方形透明位置制限リングの側面の2つのクランプ板を閉じて、沙試料の頂部を水没するまで無蓋水浴箱12内に注水し、コンピュータにより温度を制御し、温度が作用した後、界面せん断を行えば(せん断方向サーボモータ及び法線方向サーボモータによりそれぞれ試験土体の界面せん断をシミュレーションする)、恒温作用での土と構造物の界面せん断挙動を探求することができるとともに、温度循環を経た後、土と構造物の界面せん断挙動の変化を探求することができる。同様に、屈曲素子37を用いてせん断波速度測定を行い、温度-せん断作用前後の土体せん断剛性の変化を比較することができる。
When performing the soil temperature-shear test, first adjust the normal boundary conditions, connect the S-shaped
1 直接せん断機本体、2 取り外し可能な浸透流モジュール、3 温度作用モジュール、4 可視化高精細粒子捕捉モジュール、5 台座、6 せん断方向サーボモータ、7 剛性反力フレーム、8 サーボ制御システム、9 水平スライドレール、10 スライダ、11 取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板、12 無蓋水浴箱、13 縦方向移動可能な蓋板、14 キャリアプレート、15 法線方向サーボモータ、16 縦方向スライドレール、17 縦方向位置制限調節弁、18 方形透明位置制限リング、19 力センサ、20 給水管路、21 排水管路、22 浸透圧流量調整制御システム、23 貯水タンク、24 第1バルブ、25 水圧センサ、26 電磁流量計、27 第2バルブ、28 粒子収集装置、29 ウォーターポンプ、30 クランプ板、31 S型銅管、32 温度センサ、33 温度調整制御システム、34 水中高精細カメラ、35 画像処理システム、36 コンピュータ、37 屈曲素子、38 ナット、39 ナット、40 土圧力計、41 標準篩、42 密閉チャンバ、43 透水石。 1 Direct shear machine body, 2 Detachable permeation flow module, 3 Temperature action module, 4 Visualized high-definition particle capture module, 5 Pedestal, 6 Shear direction servo motor, 7 Rigid reaction force frame, 8 Servo control system, 9 Horizontal slide Rails, 10 sliders, 11 removable pseudo-interfacial zinc-plated steel plates, 12 uncovered bath boxes, 13 vertically movable lid plates, 14 carrier plates, 15 normal servomotors, 16 vertical slide rails, 17 vertical positions Limit control valve, 18 square transparent position limit ring, 19 force sensor, 20 water supply line, 21 drain line, 22 osmotic pressure flow control system, 23 water storage tank, 24 1st valve, 25 water pressure sensor, 26 electromagnetic flow meter , 27 2nd valve, 28 particle collector, 29 water pump, 30 clamp plate, 31 S type copper tube, 32 temperature sensor, 33 temperature adjustment control system, 34 underwater high definition camera, 35 image processing system, 36 computer, 37 Bending element, 38 nuts, 39 nuts, 40 soil pressure gauges, 41 standard sieves, 42 closed chambers, 43 water permeable stones.
Claims (8)
取り外し可能な浸透流モジュール(2)と、温度作用モジュール(3)と、可視化高精細粒子捕捉モジュール(4)とをさらに含み、
前記直接せん断機本体(1)は、台座(5)と、せん断方向サーボモータ(6)と、剛性反力フレーム(7)と、サーボ制御システム(8)と、下から上へ順に台座(5)に設けられる水平スライドレール(9)、スライダ(10)、取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板(11)、無蓋水浴箱(12)、縦方向移動可能な蓋板(13)、キャリアプレート(14)及び法線方向サーボモータ(15)とを含み、前記剛性反力フレーム(7)は、台座(5)に設けられ、前記法線方向サーボモータ(15)は、前記剛性反力フレーム(7)に設けられ、前記剛性反力フレーム(7)の2つの側面には、さらに縦方向スライドレール(16)が設けられ、前記縦方向移動可能な蓋板(13)と縦方向スライドレール(16)との接続箇所には、縦方向位置制限調節弁(17)が設けられ、前記無蓋水浴箱(12)内には、方形透明位置制限リング(18)が設けられ、前記方形透明位置制限リング(18)は、内部が中空であり、且つ試験土体が装填され、その頂部が前記縦方向移動可能な蓋板(13)の底部に接続され、前記スライダ(10)と前記せん断方向サーボモータ(6)との間に力センサ(19)が設けられ、前記サーボ制御システム(8)は、前記せん断方向サーボモータ(6)及び前記法線方向サーボモータ(15)を制御するために用いられ、
前記取り外し可能な浸透流モジュール(2)は、給水管路(20)と、排水管路(21)と、浸透圧流量調整制御システム(22)とを含み、前記給水管路(20)は、順に貯水タンク(23)、浸透圧流量調整制御システム(22)、第1バルブ(24)、水圧センサ(25)、電磁流量計(26)及び方形透明位置制限リング(18)が接続され、前記排水管路(21)は、順に方形透明位置制限リング(18)、第2バルブ(27)、粒子収集装置(28)、ウォーターポンプ(29)及び貯水タンク(23)が接続され、前記方形透明位置制限リング(18)の給水管路(20)に近接する側には、給水を整流して試験土体に均一且つ安定的に流入させる透水石(43)が設けられ、前記方形透明位置制限リング(18)の排水管路(21)に近接する側には、均一に丸孔が開設され、その外側には、孔付きのクランプ板(30)が設けられ、丸孔は、クランプ板(30)における孔と、孔径が一致し、クランプ板(30)の運動を制御することで浸透流孔径を調節可能であり、前記クランプ板(30)の外側には、不透水板が設けられ、両者の間に密閉チャンバ(42)が形成され、密閉チャンバ(42)は、排水管路(21)に接続され、
前記温度作用モジュール(3)は、S型銅管(31)と、温度センサ(32)と、温度調整制御システム(33)と、貯水タンク(23)とを含み、前記S型銅管(31)は、前記取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板(11)に埋設されており、水管を介して貯水タンク(23)に接続され、前記温度調整制御システム(33)は、貯水タンク(23)における循環水の温度を制御するために用いられ、前記S型銅管(31)は、循環水により無蓋水浴箱(12)を加熱し、前記温度センサ(32)は、無蓋水浴箱(12)内の温度を測定し、温度を調整のために温度調整制御システム(33)にフィードバックするために用いられ、
前記可視化高精細粒子捕捉モジュール(4)は、水中高精細カメラ(34)及び画像処理システム(35)を含み、前記水中高精細カメラ(34)は、無蓋水浴箱(12)の内壁に設けられており、界面位置における土体の運動状況を監視するために用いられ、前記画像処理システム(35)は、水中高精細カメラ(34)によって撮影された画像を処理するために用いられ、
前記サーボ制御システム(8)と、浸透圧流量調整制御システム(22)と、温度調整制御システム(33)と、画像処理システム(35)とは、制御のために1台のコンピュータ(36)に統合されており、
前記方形透明位置制限リング(18)の取り外し可能な擬似界面亜鉛めっき鋼板(11)から2mm離れる箇所には、せん断方向に垂直な方向において、様々な状態での土体せん断波速度を検出するための1対の屈曲素子(37)が設けられていることを特徴とする温度・浸透流作用を考慮可能な可視化界面直接せん断機。 It is a visualization interface direct shearing machine that can consider the temperature and permeation flow action including the direct shearing machine body (1).
It further includes a removable osmotic flow module (2), a temperature action module (3), and a visualization high definition particle capture module (4).
The direct shearing machine main body (1) includes a pedestal (5), a shearing direction servomotor (6), a rigid reaction force frame (7), a servo control system (8), and a pedestal (5) in order from bottom to top. ), A horizontal slide rail (9), a slider (10), a removable pseudo-interfacial zinc-plated steel plate (11), an uncovered bath box (12), a vertically movable lid plate (13), and a carrier plate (14). ) And the normal direction servomotor (15), the rigid reaction force frame (7) is provided on the pedestal (5), and the normal direction servomotor (15) is the rigid reaction force frame (7). ), And a vertical slide rail (16) is further provided on the two side surfaces of the rigid reaction force frame (7), and the vertical movable lid plate (13) and the vertical slide rail (16) are provided. ) Is provided with a vertical position limiting control valve (17), and a square transparent position limiting ring (18) is provided in the uncovered bath box (12). In (18), the inside is hollow, the test soil is loaded, the top thereof is connected to the bottom of the vertically movable lid plate (13), and the slider (10) and the shear direction servomotor are connected. A force sensor (19) is provided between the force sensor (19) and the servo control system (8) is used to control the shear direction servomotor (6) and the normal direction servomotor (15). ,
The removable permeation flow module (2) includes a water supply line (20), a drain line (21), and an osmotic pressure flow rate adjustment control system (22). A water storage tank (23), an osmotic pressure flow adjustment control system (22), a first valve (24), a water pressure sensor (25), an electromagnetic flow meter (26), and a square transparent position limiting ring (18) are connected in this order. The drainage pipe (21) is connected to the square transparent position limiting ring (18), the second valve (27), the particle collecting device (28), the water pump (29) and the water storage tank (23) in this order, and the square transparent position is connected. On the side of the position limiting ring (18) close to the water supply pipe (20), a water permeable stone (43) that rectifies the water supply and allows it to flow into the test soil uniformly and stably is provided, and the square transparent position limiting A round hole is uniformly formed on the side of the ring (18) close to the drain pipe (21), and a clamp plate (30) with a hole is provided on the outside thereof. The hole in 30) and the hole diameter match, and the permeation flow hole diameter can be adjusted by controlling the movement of the clamp plate (30). An impermeable plate is provided on the outside of the clamp plate (30). A closed chamber (42) is formed between the two, and the closed chamber (42) is connected to the drainage line (21).
The temperature action module (3) includes an S-type copper tube (31), a temperature sensor (32), a temperature adjustment control system (33), and a water storage tank (23), and the S-type copper tube (31). ) Is embedded in the removable pseudo-interfacial zinc-plated steel plate (11) and connected to the water storage tank (23) via a water pipe, and the temperature adjustment control system (33) is in the water storage tank (23). Used to control the temperature of the circulating water, the S-shaped copper tube (31) heats the uncovered water bath box (12) with the circulating water, and the temperature sensor (32) is inside the uncovered water bath box (12). Used to measure the temperature of the temperature and feed the temperature back to the temperature control control system (33) for adjustment.
The visualization high-definition particle capture module (4) includes an underwater high-definition camera (34) and an image processing system (35), and the underwater high-definition camera (34) is provided on the inner wall of an uncovered bath box (12). The image processing system (35) is used to process an image taken by an underwater high-definition camera (34).
The servo control system (8), the osmotic pressure flow rate adjustment control system (22), the temperature adjustment control system (33), and the image processing system (35) are combined into one computer (36) for control. It is integrated and
In order to detect the shear wave velocity in various states in the direction perpendicular to the shearing direction at a position 2 mm away from the removable pseudo-interface galvanized steel sheet (11) of the square transparent position limiting ring (18). A visualization interface direct shearing machine capable of considering the temperature and permeation flow action, which is characterized by being provided with a pair of bending elements (37).
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