r>[0030]實施例
[0031]一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，如圖2所示，包括外圍框架1、設(shè)置在外圍框架I內(nèi)部的模型箱2、為模型箱2進行加載的加載單元，以及采集模型箱2內(nèi)部土試樣試驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元，模型箱2內(nèi)裝填土試樣3，加載單元包括施加豎向動載的豎向動載作動器4、施加側(cè)向搖擺的水平剪切動載的側(cè)向搖擺動力作動器5，以及控制模型箱2圍壓靜載的側(cè)向壓力加載單元。其中，豎向動載作動器4與側(cè)向搖擺動力作動器5均為電液伺服作動器。豎向動載作動器4可施加垂向循環(huán)動載范圍O?100kN，誤差I(lǐng) %，最大加載頻率2Hz，2Hz時最大振幅±lmm ;側(cè)向搖擺動力作動器5可施加水平剪切荷載范圍O?±50kN，誤差1%，最大循環(huán)頻率2Hz，2Hz時最大振幅±4mm。
[0032]如圖3所示，模型箱2由底板21、承載立板22及有機玻璃觀察窗23，底板21水平設(shè)置，承載立板22設(shè)有兩塊，底板21的左右兩側(cè)分別設(shè)有銷子25，承載立板22通過銷子25轉(zhuǎn)動連接在底板21上，承載立板22可以以銷子25為中心軸左右搖擺轉(zhuǎn)動。兩個承載立板22通過拉板連接在一起，用于實現(xiàn)同步搖擺轉(zhuǎn)動，有機玻璃觀察窗23設(shè)在底板21的前后兩側(cè)；模型箱2頂部為敞開結(jié)構(gòu)，在土試樣3上方設(shè)有承壓頂板31。模型箱2的內(nèi)側(cè)設(shè)有施加圍壓的液壓囊26，側(cè)向壓力加載單元為向液壓囊26施加油壓的液壓油源，液壓油源帶有風(fēng)冷卻器和高壓過濾器，流量20L/min，壓力23MPa，電機功率13kW，輸油管路采用高壓軟管。
[0033]外圍框架I包括底座11、模型箱框架12、水平承載框架13，底座11、模型箱框架12、水平承載框架13均為鋼結(jié)構(gòu)框架。模型箱框架12設(shè)在底座上，模型箱2設(shè)在模型箱框架12內(nèi)，為了消除水平力對豎向加載作動器的影響，模型箱框架12外部設(shè)有豎向承載立柱8，豎向動載作動器4固定在豎向承載立柱8上，豎向動載作動器4與豎向加載板9連接，豎向加載板9滑動連接在豎向承載立柱8上，豎向加載板9下側(cè)通過豎向動載傳力桿27連接到承壓頂板31上；豎向承載立柱8用于導(dǎo)向和承載，保證了加在承壓頂板31上豎向動載的精度，豎向加載板9的存在，消除了摩擦力對豎向動載作動器4的影響。水平承載框架13固定在底座11上，側(cè)向搖擺動力作動器5 —端通過側(cè)向搖擺動載傳力桿24連接在承載立板22上，另一端固定在水平承載框架13上。
[0034]數(shù)據(jù)采集單元包括設(shè)置在模型箱2內(nèi)的土試樣3中的應(yīng)力盒與位移傳感器，以及采集并分析應(yīng)力盒與位移傳感器數(shù)據(jù)的計算機6，還配備多通道控制器，采用POP-M型多通道控制器，配有兩個標(biāo)準(zhǔn)的控制通道，可以同時實現(xiàn)豎向動載作動器4和側(cè)向搖擺動力作動器5的同步或異步控制，具有擴展成為多通道加載系統(tǒng)的能力；計算機6采用嵌入式Windows智能操作系統(tǒng)，用于試驗裝置的驅(qū)動控制及試驗數(shù)據(jù)的記錄和處理；試驗加載通過多通道試驗軟件P0PWARE-M實現(xiàn)，可以控制加載的波形、幅值、次數(shù)和頻率，同時實時顯示試驗曲線，試驗數(shù)據(jù)儲存于內(nèi)置固態(tài)硬盤或外置U盤，并可通過無線網(wǎng)絡(luò)WLAN或有線網(wǎng)絡(luò)LAN控制及發(fā)布；活動應(yīng)力盒設(shè)置4個，每個由5個壓力盒傳感器組成，分別對應(yīng)5個方向，試驗時置入土試樣內(nèi)部以測量試樣內(nèi)部應(yīng)力，每個壓力盒傳感器通過獨立的24位AD轉(zhuǎn)換通道測量試樣內(nèi)部應(yīng)力，采樣頻率10Hz ;活動位移傳感器4個，測量范圍O?30mm，測量誤差0.0Olmm,試驗時置入試樣內(nèi)部，每個傳感器通過獨立的24位AD轉(zhuǎn)換通道測量試樣位移，采樣頻率10Hz。
[0035]數(shù)據(jù)采集單元還包括捕捉不同時刻模型箱2內(nèi)土樣形變圖像的PIV圖像照相機7，Piv圖像照相機7與計算機6連接。PIV圖像照相機7采用高清晰攝像儀捕捉不同時刻的土樣形變圖像，應(yīng)用目前PIV技術(shù)對圖像進行處理，可測量試樣中的示蹤土粒在已知很短時間間隔內(nèi)的位移來間接地測量流場的瞬態(tài)速度分布，得到整個加載直至破壞過程中土樣變形的演化規(guī)律。
[0036]本實施中，土試樣3尺寸為400mm (長)X 400mm (寬)X 400mm (高)，施加在模型箱內(nèi)土試樣應(yīng)力、應(yīng)變示意圖如圖4所示。分別由豎向動載、側(cè)向搖擺轉(zhuǎn)動動載和圍壓靜載給土樣施加動應(yīng)力σχζ、τχζ和靜應(yīng)力σ χ，而可透視的前、后墻固定，將給土樣在該方向施加正應(yīng)變ε y= Oo
[0037]試驗準(zhǔn)備階段，首先將土試樣均勻裝填入模型箱內(nèi)，并保證土樣的平整。注意檢查各傳感器讀數(shù)是否歸零。通過控制臺在模型箱豎直與水平方向施加一定數(shù)值圍壓進行初始固結(jié)，同時再次檢查各層試樣是否出現(xiàn)傾斜或不均勻分布，檢查無誤后靜置至少Ih時間，待試樣充分穩(wěn)定后，做好開始試驗的準(zhǔn)備。
[0038]按照試驗設(shè)計的加載幅值和加載頻率，開始豎直與水平方向的耦合循環(huán)加載，加載過程中每個周期內(nèi)豎直與水平方向荷載同時發(fā)生變化，以達到預(yù)期的偏應(yīng)力路徑。設(shè)圍壓設(shè)置為恒載(代表路面下方地基土的自重應(yīng)力)，再分別對豎向動載(W)-時間(t)波形和搖擺動載(M)-時間(t)施加如圖5的波形，可模擬往復(fù)交通移動荷載下地基土的偏應(yīng)力路徑。圖5中，F(xiàn)max、Mmax分別為豎向動載F和水平剪力動載M的幅值，T為動載周期。
[0039]同時加載力大小、循環(huán)次數(shù)、試樣豎向沉降、試樣水平方向應(yīng)變、試樣內(nèi)部應(yīng)力都會通過傳感器自動采集，并傳給計算機，實時顯示，方便監(jiān)測。到達預(yù)定加載次數(shù)，或者試樣出現(xiàn)明顯破壞特征后，試驗結(jié)束。
[0040]試驗結(jié)束后，首先停止水平剪切加載，再緩慢撤去軸向動載。之后提取記錄的數(shù)據(jù)，進行分析。
[0041]上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，包括外圍框架(1)、設(shè)置在外圍框架(I)內(nèi)部的模型箱(2)、為模型箱(2)進行加載的加載單元，以及采集模型箱(2)內(nèi)部土試樣試驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元，所述的模型箱(2)內(nèi)裝填土試樣(3)，其特征在于，所述的加載單元包括施加豎向動載的豎向動載作動器(4)、施加側(cè)向搖擺的水平剪切動載的側(cè)向搖擺動力作動器(5)，以及控制模型箱(2)圍壓靜載的側(cè)向壓力加載單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的模型箱(2)由底板(21)、承載立板(22)及有機玻璃觀察窗(23)，所述的底板(21)水平設(shè)置，所述的承載立板(22)設(shè)有兩塊，承載立板(22)的下端分別轉(zhuǎn)動連接在底板(21)的左右兩側(cè)，兩個承載立板(22)通過拉板連接在一起，所述的有機玻璃觀察窗(23)設(shè)在底板(21)的前后兩側(cè)；所述的模型箱(2)頂部為敞開結(jié)構(gòu)，在土試樣(3)上方設(shè)有承壓頂板(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的底板(21)的左右兩側(cè)分別設(shè)有銷子(25)，所述的承載立板(22)通過銷子(25)轉(zhuǎn)動連接在底板(21)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的模型箱(2)的內(nèi)側(cè)設(shè)有施加圍壓的液壓囊(26)，所述的側(cè)向壓力加載單元為向液壓囊(26)施加油壓的液壓油源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的外圍框架(I)包括底座(11)、模型箱框架(12)、水平承載框架(13)，所述的模型箱框架(12)設(shè)在底座上，所述的模型箱(2)設(shè)在模型箱框架(12)內(nèi)，所述的模型箱框架(12)外部設(shè)有豎向承載立柱(8)，所述的豎向動載作動器(4)固定在豎向承載立柱(8)上，所述的豎向動載作動器(4)與豎向加載板(9)連接，所述的豎向加載板(9)滑動連接在豎向承載立柱(8)上，所述的豎向加載板(9)下側(cè)通過豎向動載傳力桿(27)連接到承壓頂板(31)上；所述的水平承載框架(13)固定在底座(11)上，所述的側(cè)向搖擺動力作動器(5) —端通過側(cè)向搖擺動載傳力桿(24)連接在承載立板(22)上，另一端固定在水平承載框架(13)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的底座(11)、模型箱框架(12)、水平承載框架(13)均為鋼結(jié)構(gòu)框架。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元包括設(shè)置在模型箱(2)內(nèi)的土試樣(3)中的應(yīng)力盒與位移傳感器，以及采集并分析應(yīng)力盒與位移傳感器數(shù)據(jù)的計算機(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元還包括捕捉不同時刻模型箱(2)內(nèi)土樣形變圖像的PIV圖像照相機(7)，所述的PIV圖像照相機(7)與計算機(6)連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)豎向循環(huán)壓縮-側(cè)向搖擺剪切動力加載的試驗裝置，包括外圍框架、設(shè)置在外圍框架內(nèi)部的模型箱、為模型箱進行加載的加載單元，以及采集模型箱內(nèi)部土試樣試驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元，模型箱內(nèi)裝填土試樣，加載單元包括施加豎向動載的豎向動載作動器、施加側(cè)向搖擺的水平剪切動載的側(cè)向搖擺動力作動器，以及控制模型箱圍壓靜載的側(cè)向壓力加載單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置可以獨立施加水平轉(zhuǎn)動的循環(huán)動力加載，以實現(xiàn)循環(huán)剪切動載，可獨立、也可與豎向循環(huán)動載耦合加載，同時裝置結(jié)構(gòu)簡單、組裝及拆卸容易，實驗過程操作簡便。
【IPC分類】G01N3-36
【公開號】CN104749055
【申請?zhí)枴緾N201510033563
【發(fā)明人】錢建固, 由子沛, 顧劍波, 林志果, 黃茂松
【申請人】同濟大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年1月22日