一种改进的大型多功能高速环剪试验机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及环剪仪，具体涉及一种改进的大型多功能高速环剪试验机，包括机架，机架上部设有第一支撑架，机架下部设有第二支撑架，第二支撑架中间处设有中轴，环剪试验机还包括测试机构、旋转机构、加压机构和剪切面控制机构；本实用新型所提供的技术方案能够实现在大剪切位移条件下对土体相关力学和微观结构的观测，在试验过程中还可以对剪切面的位置进行调整，并对土体所受应力和环剪扭矩加以控制，使得整个试验能够更接近于实际，此外，借助各高精度测量系统可以得到更加精确的试验结果。
【专利说明】
一种改进的大型多功能高速环剪试验机
技术领域
[0001]本实用新型涉及环剪仪，具体涉及一种改进的大型多功能高速环剪试验机。
【背景技术】
[0002]土是由母岩在长期风化作用下形成的松散物集合体，土体的宏观工程性质虽然不像岩体那样主要由微观结构状态和变化规律控制，但是土体的微观结构状态和变化规律对宏观工程性质也有一定的影响。具体表现为:土体微观结构的多样性和易变性决定了土体工程性质在宏观上的非连续性、不均匀性、各向异性和非确定性。土体细微结构的变化规律及其对宏观力学行为影响的研究是近年来岩土学术界和工程界的前沿课题，也是未来岩土工程研究的方向。
[0003]有文献指出:特殊土的本构关系，应考虑其独特的微结构。观测岩土材料中结构损伤的试验方法是建立结构性模型的基础，这已成为目前岩土力学研究的热门课题之一。从最初的压汞法、显微镜切片法和X射线衍射法、扫描电镜法，逐步发展到现阶段的超声波法、计算机断面成相技术(CT技术)，这些试验方法从定性到定量，从间接到直接，从静态量测到动态即时量测，使得观测岩土材料内部缺陷的技术逐渐完善。
[0004]作为一种主要用于研究土在大剪切位移条件下力学特性的土工试验设备一一大型高速环剪试验机具有其独特的设计构造和试验功能。不仅能够模拟现场的地质条件进行环剪试验，再现滑坡的滑动过程，而且可以测定相应的力学参数，用于研究滑坡、泥石流的形成机制。
[0005]虽然在宏观层面上可以观测到环剪试验机对作用对象进行环向剪切的整个过程，但是在微观层面上我们并不能了解作用对象在整个受力过程中内部结构的变化情况。因此开发一种可以动态观测剪切过程中土体内部结构的变化情况并且为空间规模预测提供更实际、更可靠参数的多功能环剪实验装置就具有十分重要的现实意义。
【实用新型内容】
[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种改进的大型多功能高速环剪试验机，能够有效克服现有技术所存在的无法改变剪切面的位置、不能动态观测剪切过程中土体内部结构的变化情况、采用的测量手段过于陈旧造成测量结果不够准确等缺陷。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现:
[0010]—种改进的大型多功能高速环剪试验机，包括机架，所述机架上部设有第一支撑架，所述机架下部设有第二支撑架，所述第二支撑架中间处设有中轴，所述中轴下方两侧对称设有测试机构，所述测试机构包括上剪切盒和下剪切盒、以及设于所述上剪切盒和下剪切盒靠近中轴一侧的CT信号发射装置、设于另一侧的CT信号接收装置、设于上剪切盒顶部的摩擦力传感器、设于上剪切盒侧壁和下剪切盒侧壁之间的水压传感器，所述环剪试验机还包括旋转机构，所述旋转机构包括设于环剪试验机底部的剪切伺服电机、变频器和减速器、以及设于所述减速器顶部的传动轴、设于所述传动轴上的力矩传感器、设于所述传动轴顶部的法兰，所述环剪试验机还包括加压机构和剪切面控制机构。
[0011]优选地，所述加压机构包括活塞、与所述活塞相连的负载加载臂、设于所述负载加载臂上的垂直负载传感器、与所述负载加载臂相连的承压板、以及与所述承压板通过连杆相连的加压板。
[0012]优选地，所述剪切面控制机构包括置物板、设于所述置物板上方的剪切面控制伺服电机、设于所述剪切面控制伺服电机上方的位移传感器和负载传感器、以及设于所述下剪切盒内的升降板。
[0013]优选地，所述上剪切盒和下剪切盒均采用高耐磨、高硬度的无机非金属材料制成，并且X射线可以穿透上剪切盒和下剪切盒。
[0014]优选地，所述上剪切盒侧壁和下剪切盒侧壁之间还设有透水网和集水装置。
[0015]优选地，所述剪切伺服电机、变频器和减速器通过联轴器相连。
[0016](三)有益效果
[0017]与现有技术相比，本实用新型所提供的一种改进的大型多功能高速环剪试验机实现了在大剪切位移条件下对土体相关力学和微观结构的观测，在试验过程中还可以对剪切面的位置进行调整，并对土体所受应力和环剪扭矩加以控制，使得整个试验能够更接近于实际，此外，借助各高精度测量系统可以得到更加精确的试验结果。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本实用新型结构不意图；
[0020]图中:
[0021]1、机架;2、第一支撑架;3、第二支撑架;4、中轴;5、上剪切盒;6、下剪切盒;7、加压板;8、升降板;9、CT信号发射装置;10、CT信号接收装置;11、摩擦力传感器;12、水压传感器；13、活塞；14、负载加载臂；15、垂直负载传感器;16、承压板;17、连杆；18、剪切伺服电机;19、变频器;20、减速器;21、传动轴；22、力矩传感器;23、法兰；24、置物板;25、剪切面控制伺服电机;26、位移传感器;27、负载传感器。
【具体实施方式】
[0022]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]一种改进的大型多功能高速环剪试验机，如图1所示，包括机架I，机架I上部设有第一支撑架2，机架I下部设有第二支撑架3，第二支撑架3中间处设有中轴4，中轴4下方两侧对称设有测试机构;测试机构包括上剪切盒5和下剪切盒6、以及设于上剪切盒5和下剪切盒
6靠近中轴4 一侧的CT信号发射装置9、设于另一侧的CT信号接收装置10、设于上剪切盒5顶部的摩擦力传感器11、设于上剪切盒5侧壁和下剪切盒6侧壁之间的水压传感器12;旋转机构包括设于环剪试验机底部通过联轴器相连的剪切伺服电机18、变频器19和减速器20、以及设于减速器20顶部的传动轴21、设于传动轴21上的力矩传感器22、设于传动轴21顶部的法兰23;加压机构包括活塞13、与活塞13相连的负载加载臂14、设于负载加载臂14上的垂直负载传感器15、与负载加载臂14相连的承压板16、以及与承压板16通过连杆17相连的加压板7;剪切面控制机构包括置物板24、设于置物板24上方的剪切面控制伺服电机25、设于剪切面控制伺服电机25上方的位移传感器26和负载传感器27、以及设于下剪切盒6内的升降板8。上剪切盒5和下剪切盒6均采用高耐磨、高硬度的无机非金属材料制成，并且X射线可以穿透上剪切盒5和下剪切盒6;上剪切盒5侧壁和下剪切盒6侧壁之间还设有透水网和集水装置。
[0024]使用前，将需要进行试验的土体放入上剪切盒5和下剪切盒6内部。使用时，如果需要向土体施加压力，可以通过加压机构实现，先对活塞13施加压力，压力通过负载加载臂14传递到承压板16上，连杆17可以将压力继续向加压板7传递，加压板7会向土体施加压力，施加压力的大小可以通过对活塞13施加的压力进行调整，垂直负载传感器15能够测出加压板7给予土体的压力Fi。
[0025]如果需要调整剪切面位置，可以通过剪切面控制机构实现，置物板24上方的剪切面控制伺服电机25可以调节升降板8的高低，从而实现对剪切面位置的调节，位移传感器26可以测出剪切面位移大小，负载传感器27可以测出升降板8给予土体的压力^，由此可以得出土体在竖直方向上所受的压力F = Fi_F2。
[0026]如果需要调整环剪扭矩，可以通过旋转机构实现，剪切伺服电机18可以将力传递给传动轴21，再通过传动轴21顶部的法兰23可以将力传递给下剪切盒6，从而实现对土体产生扭矩，变频器19和减速器20综合作用，可以实现对扭转速度的控制，力矩传感器22可以测出对土体所施加的扭矩大小。
[0027]测试机构可以测出土体的各种参数，值得注意的是，上剪切盒5时固定不动的，旋转机构通过对下剪切盒6进行转动来实现对土体施加扭矩。摩擦力传感器11可以测出施加扭矩时剪切面处的摩擦阻力，水压传感器12可以测量上剪切盒5侧壁和下剪切盒6侧壁之间集水装置处的水压。CT信号发射装置9可以发射X射线，X射线穿过试验土体被CT信号接收装置10接收，并转化为电信号传递到主控系统中，即可提供试验土体中的内部物质组成以及微观结构等信息，便于对样品的分析研究，建立土体材料的数值模型。
[0028]本实用新型所提供的一种改进的大型多功能高速环剪试验机能够实现在大剪切位移条件下对土体相关力学和微观结构的观测，在试验过程中还可以对剪切面的位置进行调整，并对土体所受应力和环剪扭矩加以控制，使得整个试验能够更接近于实际，此外，借助各高精度测量系统可以得到更加精确的试验结果。
[0029]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种改进的大型多功能高速环剪试验机，其特征在于:包括机架(I)，所述机架(I)上部设有第一支撑架(2)，所述机架(I)下部设有第二支撑架(3)，所述第二支撑架(3)中间处设有中轴(4)，所述中轴(4)下方两侧对称设有测试机构，所述测试机构包括上剪切盒(5)和下剪切盒(6)、以及设于所述上剪切盒(5)和下剪切盒(6)靠近中轴(4) 一侧的CT信号发射装置(9)、设于另一侧的CT信号接收装置(10)、设于上剪切盒(5)顶部的摩擦力传感器(11)、设于上剪切盒(5)侧壁和下剪切盒(6)侧壁之间的水压传感器(12)，所述环剪试验机还包括旋转机构，所述旋转机构包括设于环剪试验机底部的剪切伺服电机(18)、变频器(19)和减速器(20)、以及设于所述减速器(20)顶部的传动轴(21)、设于所述传动轴(21)上的力矩传感器(22)、设于所述传动轴(21)顶部的法兰(23)，所述环剪试验机还包括加压机构和剪切面控制机构。2.根据权利要求1所述的改进的大型多功能高速环剪试验机，其特征在于:所述加压机构包括活塞(13)、与所述活塞(13)相连的负载加载臂(14)、设于所述负载加载臂(14)上的垂直负载传感器(15)、与所述负载加载臂(14)相连的承压板(16)、以及与所述承压板(16)通过连杆(17)相连的加压板(7)。3.根据权利要求1所述的改进的大型多功能高速环剪试验机，其特征在于:所述剪切面控制机构包括置物板(24)、设于所述置物板(24)上方的剪切面控制伺服电机(25)、设于所述剪切面控制伺服电机(25)上方的位移传感器(26)和负载传感器(27)、以及设于所述下剪切盒(6)内的升降板(8)。4.根据权利要求1所述的改进的大型多功能高速环剪试验机，其特征在于:所述上剪切盒(5)和下剪切盒(6)均采用高耐磨、高硬度的无机非金属材料制成，并且X射线可以穿透上剪切盒(5)和下剪切盒(6)。5.根据权利要求1所述的改进的大型多功能高速环剪试验机，其特征在于:所述上剪切盒(5)侧壁和下剪切盒(6)侧壁之间还设有透水网和集水装置。6.根据权利要求1所述的改进的大型多功能高速环剪试验机，其特征在于:所述剪切伺服电机(18)、变频器(19)和减速器(20)通过联轴器相连。
【文档编号】G01N3/02GK205538501SQ201620354884
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】任永佳, 杨志双, 付晓彤, 付露露, 杨志, 吕晋志
【申请人】吉林大学