本發(fā)明涉及超重力加載剪切試驗，尤其是涉及一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置。

背景技術(shù)：

1、土體行為的真實建模需要盡可能廣泛的實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以擬合模型參數(shù)或啟發(fā)所提出的模型。在海洋環(huán)境中，土體受到的荷載不僅是單向的，而且還可能是多向的，因此需要考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)式的荷載。主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)式的荷載是指在某一方向上施加的荷載會導致土體中主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)，從而引起其他方向上的應(yīng)力變化。目前，大多數(shù)實驗室試驗都是在經(jīng)典三軸儀和真三軸儀等設(shè)備中使用固定主軸進行的，在這些裝置中，邊界條件應(yīng)該是純壓力(沒有剪切分量)，有許多關(guān)于單調(diào)或循環(huán)荷載、排水或不排水邊界條件的結(jié)果以這種方式獲得。

2、而研究主軸旋轉(zhuǎn)荷載作用下土體行為的主要困難是需要控制土樣邊界上的剪應(yīng)力。實驗室中已有casagrande的直剪箱、roscoe的簡單剪切裝置或瑞典巖土工程研究所(sgi)、挪威巖土工程學會(ngi)的簡單剪切箱等一些能夠控制土樣邊界上的剪切力的實驗設(shè)備，但這些設(shè)備中的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)遠非均勻，并不適合進行地質(zhì)材料的理論研究。

3、基于上述問題，本發(fā)明提供了一種能在實驗室中準確均勻地模擬土樣邊界上的剪應(yīng)力的裝置，為一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及邊界排水條件下的剪切加載裝置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，將柵欄狀的折疊架和搭接的梳狀板連鉸接，在底部固定端布設(shè)力傳感器，活動端連接動力系統(tǒng)，通過梳狀板和折疊架實現(xiàn)加載板的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)控制，從而有效地緩解由加載板的剛度和土顆粒之間的摩擦力不同而導致的邊界效應(yīng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，包括加載框架和設(shè)置在所述加載框架上的剪切加載裝置，所述剪切加載裝置包括加載單元和通過傳力桿與所述加載單元連接的動力系統(tǒng)，所述加載單元包括力傳感器、梳狀板和設(shè)置在所述梳狀板上的折疊架，所述動力系統(tǒng)設(shè)置為伺服電機。

3、優(yōu)選的，所述傳力桿的上端通過聯(lián)軸器與伺服電機的輸出端連接，傳力桿的下端與第二底座連接，所述第二底座上設(shè)置有固定法蘭，傳力桿的底端設(shè)置在固定法蘭上。

4、優(yōu)選的，所述梳狀板由依次連搭接的1塊固定工件、4塊第一移動工件和1塊第二移動工件組成，所述固定工件的另一側(cè)固定在第一底座上，所述第二移動工件與第二底座連接，所述力傳感器設(shè)置在第一底座下端。

5、優(yōu)選的，所述折疊架設(shè)置為柵欄狀，所述折疊架上設(shè)置有多個銜接塊，所述折疊架的頂部和底部分別與第二底座和第一底座連接，所述折疊架通過銜接塊與所述梳狀板鉸接。

6、優(yōu)選的，所述剪切加載裝置置于離心機模型箱中，通過管道與水浴循環(huán)系統(tǒng)連接。

7、因此，本發(fā)明一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，具有以下有益效果：

8、(1)本發(fā)明采用可均分為六塊梳狀工件的梳狀板，采用折疊架鉸接于六塊梳狀工件一側(cè)，這種特殊的梳狀板和折疊架架構(gòu)使得伺服電機在操縱加載板總位移時，能夠單獨控制每塊梳狀板的移動距離。通過機械式的動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的、由機械式折疊架傳動結(jié)構(gòu)所傳遞的變形可以單獨地由梳狀加載板進行調(diào)整。

9、(2)本裝置能夠在表面上傳遞剪切應(yīng)力，同時保持廣泛拉伸(或壓縮)的可能性，以保持應(yīng)變的均勻性。這些梳狀加載板通過鉸接臂系統(tǒng)相互連接，在加載板的中心產(chǎn)生成等比例的位移傳輸，由于這種比例位移，平均均勻拉伸應(yīng)用于表面，并且在每個加載板的中心恰好滿足均勻條件。

10、(3)剪切加載裝置通過梳狀板和均分結(jié)構(gòu)實現(xiàn)加載板的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)控制，從而有效地緩解由加載板的剛度和土顆粒之間的摩擦力不同而導致的邊界效應(yīng)。另外，本發(fā)明所保護的剪切加載裝置通過水浴系統(tǒng)控溫，注入化學試劑等方式，實現(xiàn)多場耦合。

11、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，其特征在于：所述傳力桿的上端通過聯(lián)軸器與伺服電機的輸出端連接，傳力桿的下端與第二底座連接，所述第二底座上設(shè)置有固定法蘭，傳力桿的底端設(shè)置在固定法蘭上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，其特征在于：所述梳狀板由依次連搭接的1塊固定工件、4塊第一移動工件和1塊第二移動工件組成，所述固定工件的另一側(cè)固定在第一底座上，所述第二移動工件與第二底座連接，所述力傳感器設(shè)置在第一底座下端。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，其特征在于：所述折疊架設(shè)置為柵欄狀，所述折疊架上設(shè)置有多個銜接塊，所述折疊架的頂部和底部分別與第二底座和第一底座連接，所述折疊架通過銜接塊與所述梳狀板鉸接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，其特征在于：所述剪切加載裝置置于離心機模型箱中，通過管道與水浴循環(huán)系統(tǒng)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種復雜應(yīng)力狀態(tài)及排水條件下的剪切加載裝置，屬于超重力加載剪切試驗技術(shù)領(lǐng)域，包括加載框架和設(shè)置在所述加載框架上的剪切加載裝置，所述剪切加載裝置包括加載單元和通過傳力桿與所述加載單元連接的動力系統(tǒng)，所述加載單元包括力傳感器、梳狀板和設(shè)置在所述梳狀板上的折疊架，所述動力系統(tǒng)設(shè)置為伺服電機。本發(fā)明將柵欄狀的折疊架和搭接的梳狀板連鉸接，在底部固定端布設(shè)力傳感器，活動端連接動力系統(tǒng)，通過梳狀板和折疊架實現(xiàn)加載板的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)控制，從而有效地緩解由加載板的剛度和土顆粒之間的摩擦力不同而導致的邊界效應(yīng)。

技術(shù)研發(fā)人員：洪義,王立忠,余駿遠,栗文珂,王學濤
受保護的技術(shù)使用者：浙江大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6