专利名称：复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种抗剪、抗扭测试装置，特别涉及一种复杂应力下胶结颗粒接触力学 特性测试装置。
背景技术：
基础工程与地下工程中常常遇到砂土地基。目前这类工程设计要么凭经验，要么采用有 限单元法进行数值模拟。但是有限单元法是基于连续介质力学的数值方法，用于分析砂土具 有很大的缺陷，分析结果往往不可靠。分析砂土这种离散性颗粒材料， 一种更有效的方法是 离散单元法。离散单元法是以不连续介质力学为基础的一种数值模拟技术。离散单元法的关 键之处是颗粒之间的接触力学，即接触本构关系。离散单元法已经成功用于干砂等非胶结颗 粒材料力学行为的数值模拟。但现场的天然砂土与干砂有一些截然不同的力学行为，这是因 为大部分天然砂土具有微观结构性，即土颗粒之间存在胶结物。通过试验来建立胶结颗粒接 触力学，可以实现天然砂土的离散元数值模拟，为基础工程与地下工程设计提供理论指导。 现有的试验成果只测定了胶结颗粒接触点在单纯剪切和单纯扭转时的力学特性，而不能测定 胶结颗粒接触点在不同法向压力下剪切和扭转的力学特性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种测定胶结颗粒接触点抗剪、抗扭测试装置。
为解决上述技术问题，本实用新型复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置包括L形 夹具、N形夹具，L形夹具由水平部和垂直部组成，N形夹具由第一垂直部、第一水平部和第 二垂直部组成，N形夹具的第一水平部与L形夹具的水平部的相对面为水平面，N形夹具和L 形夹具上分别设置一可放入胶结颗粒的凹槽，所述两凹槽的中心连线为竖直方向，所述两凹 槽的开口方向相对，所述N形夹具和所述L形夹具分别设置一拱形楔块，所述楔块的拱形部 分紧贴所述凹槽的底部，所述楔块上设置紧固螺钉。
作为上述方案的优选方案，N形夹具的第二垂直部与L形夹具的水平部水平方向和垂直方 向都设有间隙；N形夹具的第一垂直部与L形夹具的水平部在水平方向上设有间隙。
优选地，L形夹具的水平部上凹槽外侧设置为斜面。
优选地，N形夹具的第一水平部外侧设有一个弧形凹槽，其中心在固定胶结颗粒的两凹槽中心连线上，N形夹具的第一垂直部外侧设有一剪切施力凹槽、 一扭转施力凹槽和一个以上的 复杂施力凹槽，剪切施力凹槽在N形夹具和L形夹具的相对面所在的水平面上，扭转施力凹 槽设在N形夹具第一垂直部的端部，复杂施力凹槽位于剪切施力凹槽和扭转施力凹槽之间；N 形夹具的第二垂直部外侧近端部设有一个扭转施力凹槽；L形夹具的垂直部外侧也设有一剪切 施力凹槽，L形夹具上的凹槽和N形夹具上的凹槽中心连线在相对面上。
采用这样的结构后，本实用新型可以测定胶结颗粒接触点在不同法向压力下剪切和扭转 的力学特性。这对于胶结颗粒的微观接触本构关系是很重要的。
以下结合附图和具体实施方式
对本
图1是本实用新型复杂应力下胶结:
图2是楔块的结构图。
图3是夹板的结构图。
图4是楔块控制铝棒转动示意图。
图5是剪切试验加载示意图。
图6是复杂应力下加载示意图。
图7是复杂应力下加载后示意图。
图8是扭转试验加载示意图。
图9是扭转试验加载后示意图。
附图标记如下
1、 L形夹具
11、 水平部
12、 垂直部
121、剪切施力凹槽
2、 N形夹具
21、 第一垂直部
22、 第二水平部
23、 第二垂直部 211、剪切施力凹槽
用新型作进一步详细的说明。 :粒接触力学特性测试装置的结构图。
221、竖直施力凹槽 231、扭转施力凹槽
3、 凹槽
4、 楔块
5、 紧固螺钉
6、 相对面
7、 夹板 71、螺纹孔
8、 铝棒212、 扭转施力凹槽 9、水平载荷
213、 复杂施力凹槽 10、垂直载荷
具体实施方式
如图l所示，复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置包括L形夹具1、 N形夹具2， L 形夹具1由水平部11和垂直部12组成，N形夹具2由第一垂直部21、第一水平部22和第二 垂直部23組成，N形夹具2的第一水平部22与L形夹具1的水平部11的相对面6为水平方 向，N形夹具2和L形夹具1的相对面6上分别设置两个可以固定胶结颗粒的凹槽，两凹槽的 中心连线为竖直方向，所述两凹槽的开口方向相对，在N形夹具2和L形夹具1分别掏一个 拱形的槽，该拱形的槽的拱形部分和凹槽的弧形部分相重合，将拱形楔块4放入槽中，楔块4 的拱形部分会紧贴凹槽的底部，在N形夹具2的顶部和L形夹具1的底部各设置两个或三个 螺纹孔，通过设置在螺纹孔内的紧固螺钉5将楔块4顶住。胶结颗粒测试时， 一般将两根铝 棒8沿轴向方向胶结在一起，从而测试胶结物质的抗剪、抗扭力学特性。如图5所示，将胶 结在一起的两根铝棒8从L形夹具1和N形夹具2的侧面放入两凹槽中，然后拧紧紧固螺钉5， 从而将楔块4压紧在铝棒8上。在进行剪切试验时，如图5所示，如果没有控制铝棒8转动 的楔块4装置，由于加工精度和装配公差的要求，铝棒8与凹槽之间存在一定的间隙，两根 铝棒8的中心连线将发生偏转，不再垂直于位于水平面的相对面6，这样将导致测量不准确。 按照本实用新型按照楔块4装置，可以限制两铝棒8发生偏转，从而提高测量准确性。
如图3和图6所示，L形夹具1和N形夹具2的两侧分别设置两夹板7,每一夹板7上通 过螺钉固定在L形夹具1上。夹板7也可以固定在N形夹具2上，四块夹板7通过螺钉分别 固定在N形夹具2的两侧。通过在L形夹具1两边各开两个螺纹孔，然后通过螺钉将夹板7 拧紧，以此来控制两夹具的转动。该装置能够较好的控制剪切试验过程中夹具的转动，防止 夹具发生垂直于纸面方向的蹿动，能较好的控制实验精度
N形夹具2的第二垂直部3与L形夹具1的水平部11水平方向和垂直方向都设有间隙；N 形夹具2的第一垂直部1与L形夹具1的水平部11在水平方向上设有间隙。
L形夹具1的水平部11上凹槽73外侧设置为斜面。
N形夹具2的第一水平部22外侧设有一个竖直施力凹槽221，其中心在固定胶结颗粒的 凹槽的中心连线上。N形夹具2的第一垂直部l外侧设有一剪切施力凹槽211、 一扭转施力凹 槽212和若干个复杂施力凹槽213，剪切施力凹槽211在N形夹具2和L形夹具1的相对面6 所在的水平面上，扭转施力凹槽212设在N形夹具2第一垂直部21的端部；N形夹具2的第
5二垂直部23外侧近端部设有一个扭转施力凹槽231， L形夹具1的垂直部12外侧也设有一剪 切施力凹槽121， L形夹具l的剪切施力凹槽121和N形夹具2上的剪切施力凹槽211中心连 线在相对面6上。
本实用新型可以在双轴加载设备(如岩石双轴流变仪)上分别测试不同法向压力下胶结 颗粒接触点的剪切、扭转力学特性和复杂应力下的力学特性。
根据所使用的胶结颗粒形状和尺寸，剪切时所需的最大位移和扭转时所需的最大转角， 以及加载设备的限制来确定本实用新型各部件的具体尺寸。附图1-9所给出的是针对圆柱形 颗粒，如铝棒8，而设计的装置。
扭转试验操作过程，胶结颗粒以铝棒8为例
1、 如图1和图4所示，将两拱形的楔块4先装入L形夹具1和N形夹具2内，将L形夹 具1的水平部11和N形夹具2的水平部22相对，将胶结在一起的两根铝棒8放入凹槽中， 然后拧紧紧固螺钉5。
2、 将本装置按图5所示方式安装到双轴压縮加载设备如岩石双轴流变仪。水平载荷9施 力点设置在扭转施力凹槽212和扭转施力凹槽231上。在各接触点涂抹润滑油，并使各部件
接触良好。
3、 首先施加垂直载荷10至某一定值，然后再施加水平载荷9。水平加载时使用位移控制， 按照需要设定加载速率。要测定的是颗粒胶结处分别在没有压力和不同压力下，剪切和扭转 破坏的力学参数，压力是一次性施加的一个稳定值，剪切和扭转荷载是按照一定的位移速率 来施加的。施力顺序不能交换次序。
剪切试验操作过程，胶结颗粒以铝棒8为例
1、 将铝棒8按图1和图4所示方式装入本装置，拧紧螺栓。
2、 将本装置按图8方式安装到双轴压縮加载设备如岩石双轴流变仪。水平载荷9施力点 设置在剪切施力凹槽211和剪切施力凹槽121上。水平载荷9施力点设置在在各接触点涂抹 润滑油，并使各部件接触良好。
3、 首先施加垂直载荷IO至某一定值，然后再施加水平载荷9。水平加载时使用位移控制， 按照需要碌定加载速率。
复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置的安装如图6和图7所示。水平载荷9施力点 设置在复杂施力凹槽213和剪切施力凹槽121上。其他操作与剪切试验操作过程相同。
权利要求1. 一种复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置，其特征在于包括L形夹具(1)、N形夹具(2)，L形夹具(1)由水平部(11)和垂直部(12)组成，N形夹具(2)由第一垂直部(21)、第一水平部(22)和第二垂直部(23)组成，N形夹具(2)的第一水平部(22)与L形夹具(1)的水平部(11)的相对面(6)为水平面，N形夹具(2)和L形夹具(1)上分别设置一可放入胶结颗粒的凹槽(3)，所述两凹槽的中心连线为竖直方向，所述两凹槽的开口方向相对，所述N形夹具(2)和所述L形夹具(1)分别设置一拱形楔块(4)，所述楔块(4)的拱形部分紧贴所述凹槽的底部，所述楔块(4)上设置紧固螺钉(5)。
2. 根据权利要求1所述的复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置，其特征在于N形夹具(2)的第二垂直部(23)与L形夹具(1)的水平部(11)水平方向和垂直方向都设有间隙；N形夹具(2)的第一垂直部(21)与L形夹具(1)的水平部(11)在水平方向上设有间隙。
3. 根据权利要求1或2所述的复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置，其特征在于L形夹具(1)的水平部(11)上凹槽(3)外侧设置为斜面。
4. 根据权利要求3所述的复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置，其特征在于N形夹具(2)的第一水平部(22)外侧设有一个弧形凹槽(221)，其中心在固定胶结颗粒的两凹槽(3)中心连线上，N形夹具(2)的第一垂直部(21)外侧设有一剪切施力凹槽(211)、一扭转施力凹槽(212)和一个以上的复杂施力凹槽(213),所述剪切施力凹槽(211)在N形夹具(2)和L形夹具(1)的相对面(6)所在的水平面上，扭转施力凹槽(212)设在N形夹具(2)第一垂直部(21)的端部，所述复杂施力凹槽(213)位于剪切施力凹槽(211)和扭转施力凹槽(212)之间；N形夹具(2)的第二垂直部(23)外侧近端部设有一个扭转施力凹槽(231); L形夹具(1)的垂直部(12)外侧也设有一剪切施力凹槽(121)，L形夹具(1)上的凹槽(121)和N形夹具(2)上的凹槽(211)中心连线在相对面(6)上。
专利摘要本实用新型公开了一种复杂应力下胶结颗粒接触力学特性测试装置，包括L形夹具(1)、N形夹具(2)，N形夹具(2)和L形夹具(1)上分别设置一可放入胶结颗粒的凹槽(3)，所述两凹槽的中心连线为竖直方向，所述两凹槽的开口方向相对，所述N形夹具(2)和所述L形夹具(1)分别设置一拱形楔块(4)，所述楔块(4)的拱形部分紧贴所述凹槽的底部，所述楔块(4)上设置紧固螺钉(5)。采用这样的结构，可以精确测定胶结颗粒接触点在不同法向压力下剪切和扭转的力学特性。
文档编号G01N3/22GK201285360SQ20082015437
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者孙渝刚, 蒋明镜 申请人:同济大学