一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置，冲击载荷机构包括由中心柱和嵌套在中心柱顶部半径依次增大的一组套环组成的落锤、吊装套环的绳索和中心柱贯穿其中心固定的盖板；试样冲剪机构为位于冲击载荷机构下部的压力室，压力室内设有橡皮膜套包覆的试样腔，橡皮膜套内试样腔的上部和下部分别设有上剪切盒和下剪切盒；该剪切装置中剪切块和变形块刚度的差异性使轴向力转化为剪切力，实现了试样竖直向的直接剪切试验功能，剪切面确定，且剪切加载、正压力施加方便，便于测量试样在冲剪作用下的强度变化；该装置中各实心环的质量相等，通过控制下落高度，能够有效的控制冲击能，从而能够较准确的确定试样动载作用下剪切等力学参数。
【专利说明】一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土力学、岩土工程领域，具体涉及一种连续动载冲剪条件下试样剪切面强度测试装置。
【背景技术】
[0002]岩土工程领域中，岩土体的剪切破坏是一种常见的破坏形式，而剪切面形成后，剪切面的强度指标及力学特性则是计算岩土稳定性的重要指标，直接剪切试验是获取岩土基本力学参数的主要技术手段与方法。
[0003]实践中，动载作用下岩土体的强度与静荷载相比具有明显差异，即便动载较小，当荷载具有一定的变化速率时，岩土体剪切面承受动载冲击的能力差异巨大，但剪切面在动载冲剪下的强度变化却很难测量，原因在于直接剪切试验很难获得连续冲剪荷载。
[0004]特别地，由颗粒介质胶结而成的土石混合介质，颗粒差异性和剪切面的复杂性对剪切面抗剪强度影响较大，现行试验规程中对该类介质动态抗剪强度试验尚无规定，因此，研制连续冲击剪切试验方法有较好的工程实践价值。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可获得连续冲剪载荷的模拟连续冲击剪切加载的试验装置。
[0006]技术方案:本发明提供了一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置，包括冲击载荷机构和试样冲剪机构，所述冲击载荷机构包括由中心柱和嵌套在中心柱顶部半径依次增大的一组套环组成的落锤、吊装套环的绳索和中心柱贯穿其中心固定的盖板，所述试样冲剪机构为位于冲击载荷机构下部的压力室，压力室内设有橡皮膜套包覆的试样腔，橡皮膜套内所述试样腔的上部和下部分别设有上剪切盒和下剪切盒；冲击载荷机构采用半径依次增大的套环作为落锤，套环沿着中心柱自由下落连续冲击盖板，盖板带动中心柱产生位移并通过中心柱将载荷传递给上剪切盒，通过试样冲剪机构的上下剪切盒可将此轴向力转化为剪切力，从而实现了试样竖直向的直接剪切试验功能，测试试样在连续冲剪作用下破坏性倉泛。
[0007]为了保证试验中每次冲击载荷能相等，相邻两个所述套环之间位于内层的套环的外径等于位于外层套环的内径，且所有套环的质量相等。
[0008]为了达到升降改进落锤的目的，在所述套环的上表面径向两端分别通过绳索吊起并绕过装置顶部的横向滚轴，所述横向滚轴在绳索绕过的部分设有凹槽，可保证改进落锤在升降过程中不会产生大幅度摇摆，以保障试验安全。
[0009]进一步，所述上剪切盒和下剪切盒均包括剪切块和变形块，上剪切盒的剪切块和下剪切盒的变形块上下对应，上剪切盒的变形块和下剪切盒的剪切块上下对应，且上剪切盒的剪切块和变形块的剪切面和下剪切盒的剪切块和变形块的剪切面共面；相对于现有的剪切装置，本装置可通过上下剪切盒的剪切块和变形块把轴向力(包括轴向动荷载)转化为沿剪切面的竖向剪切力，形成稳定连续的剪切加载作用于试样。
[0010]优选的，所述变形块为海绵块、塑胶板或泡沫块，所述剪切块为铁块或钢块；变形块选用刚度较小的材料，可用来固定试样，监测剪切位移，剪切块选用刚度较大的材料，在轴向力的作用下变形可忽略不计，当轴向力传递给剪切盒时，变形块刚度较小，可以忽略在剪切过程中对剪切块的阻力，在上剪切盒和下剪切盒的剪切块共同作用下，在变形块和剪切块之间可形成一竖向剪切面。
[0011]为了降低压力室与橡皮膜套之间的摩擦，减少摩阻力对剪切试验的影响，所述压力室和所述橡皮膜套之间填充有压力油。
[0012]有益效果:1、该剪切装置中剪切块和变形块刚度的差异性使轴向力转化为剪切力，实现了试样竖直向的直接剪切试验功能，剪切面确定，且剪切加载、正压力施加方便，便于测量试样在冲剪作用下的强度变化；2、该装置中各实心环的质量相等，通过控制下落高度，能够有效的控制冲击能，从而能够较准确的确定试样动载作用下剪切等力学参数；3、该装置结构紧凑，制作方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图；
[0014]图2为落锤处的局部放大图；
[0015]图3为套环的俯视图；
[0016]图4为套环的侧视图；
[0017]图5为试样冲剪机构的局部放大图。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0019]实施例:一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置,如图1所示，包括冲击载荷机构和试样冲剪机构,冲击载荷机构(如图2所示)包括钢桁架1、滚轴支座2、滚轴3、落锤4、绳索5、盖板6和中心柱9，中心柱9纵向穿过盖板6并固定，落锤4由四个半径依次增大但质量相等的套环10 ;11 ;12 ; 13组成，由大至小嵌套在中心柱9的顶部，如图3所示，相邻两个套环10 ；11；12；13之间位于内层的套环10 ；11 ；12 ；13的外径等于位于外层套环10 ;11 ;12 ；13的内径，中心柱9为圆柱体，截面半径为R1，套环10 ；11 ；12 ；13的截面为圆环，套环10的内外半径分别为Rl和R2，套环11的内外半径分别为R2和R3，套环12的内外半径分别为R3和R4，套环13的内外半径分别为R4和R5，各个套环10 ;11 ;12 ;13的质量分别为Ml、M2、M3和M4，为保证一次试验中的每次冲击载荷相等，每个套环10 ;11 ;12 ;13的质量都等于M，则落锤4的各部分之间有如下关系:
[0020]Ml = M2 = M3 = M4 = M
[0021]M= P V, V = HXS
【权利要求】
1.一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置，其特征在于:包括冲击载荷机构和试样冲剪机构，所述冲击载荷机构包括由中心柱和嵌套在中心柱顶部半径依次增大的一组套环组成的落锤、吊装套环的绳索和中心柱贯穿其中心固定的盖板；所述试样冲剪机构为位于冲击载荷机构下部的压力室，压力室内设有橡皮膜套包覆的试样腔，橡皮膜套内所述试样腔的上部和下部分别设有上剪切盒和下剪切盒。
2.根据权利要求1所述的模拟连续冲击剪切加载的试验装置，其特征在于:相邻两个所述套环之间位于内层的套环的外径等于位于外层套环的内径，且所有套环的质量相等。
3.根据权利要求1所述的模拟连续冲击剪切加载的试验装置，其特征在于:所述套环的上表面径向两端分别通过绳索吊起并绕过装置顶部的横向滚轴，所述横向滚轴在绳索绕过的部分设有凹槽。
4.根据权利要求1所述的模拟连续冲击剪切加载的试验装置，其特征在于:所述上剪切盒和下剪切盒均包括剪切块和变形块，上剪切盒的剪切块和下剪切盒的变形块上下对应，上剪切盒的变形块和下剪切盒的剪切块上下对应，且上剪切盒的剪切块和变形块的剪切面和下剪切盒的剪切块和变形块的剪切面共面。
5.根据权利要求4所述的模拟连续冲击剪切加载的试验装置，其特征在于:所述变形块为海绵块、塑胶板或泡沫块，所述剪切块为铁块或钢块。
6.根据权利要求1所述的模拟连续冲击剪切加载的试验装置，其特征在于:所述压力室和所述橡皮膜套之间填充有压力油。
【文档编号】G01N3/34GK103728191SQ201310699722
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】石崇, 李德杰, 王芳, 陈凯华, 徐卫亚, 王海礼, 张玉龙, 王秀菊, 朱其志, 孙怀昆 申请人:河海大学