【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利工程，具体涉及具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪。
技术介绍
1、目前具有众多可以测定试样粒径小于60mm的粗粒土土体的抗剪强度的剪切试验装置，比如直剪仪和环剪仪等。传统直剪试验剪切仪破坏面固定且剪应力分布不均，单剪试验边界条件不清晰，而叠环式剪切仪可以更好地反应介质间的接触特性和实际破坏面，介质的变形条件与实际情况较为接近。
2、土体在实际工程中常常受到多种物理场的作用，如温度场、渗流场等。在多场耦合试验功能下，试验能够同时模拟土体在温度、渗流等多种物理场作用下的剪切性能，为复杂工况下的工程设计和施工提供更准确的参数依据。
3、因此，有必要研制一种具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切试验装置和使用方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，解决了现有技术中存在的叠环式剪切仪不能给试样稳定的施加渗流水压以及使实验环境保持特定温度的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，包括位于恒温室内部的剪切装置，剪切装置包括上剪切盒和下剪切盒，下剪切盒用于放置试验试件，下剪切盒底部通过出水管穿过底座与水箱连接，上剪切盒用于安装压力室和放置试样，上剪切盒1顶部与竖向应力加载装置连接，底座一侧外接横向应力加载装置和渗流控制装置，整个结构还设置有温度控制装置。
3、本专利技术的特点还在于，
4、具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式
5、压力室由若干层滚针排和若干层钢板叠环构成，钢板叠环形状是外方内圆，与滚针排交错铺设，在最上层钢板叠环上开孔，用于和所述竖向应力加载装置的下部活塞杆构件栓接，起到固定上剪切盒的作用。
6、上剪切盒内铺设乳胶膜，并在上剪切盒和下剪切盒接缝处以及下部活塞杆构件接缝处设置密闭橡胶塞，确保剪切盒密闭性。
7、竖向应力加载装置自上而下依次设置有上部盖板构件、中部盖板构件、下部盖板构件和下部活塞杆构件，上部盖板构件设置于支撑框架的上部，上部盖板构件与支撑框架顶部的顶部框架共同形成油压缓冲区；中部盖板构件由伸缩连接机构与支撑框架的内侧连接，其中伸缩连接机构由固定构件与伸缩杆构件构成，固定构件与支撑框架连接起到固定与限制伸缩杆运动的作用，伸缩杆构件与中部盖板构件连接起到使中部盖板构件可运动的作用，中部盖板构件与上部盖板构件形成高压区，中部盖板构件与下部活塞杆构件以螺栓连接；下部盖板构件外方内圆放置在支撑框架下部的卡槽处，利用螺栓与支撑框架连接，螺栓横向设置，下部盖板构件与中部盖板构件形成低压区；下部活塞杆构件与中部盖板构件螺栓连接，下部活塞杆构件底部与下部盖板构件紧密贴合，并与试件直接接触，油压缓冲区、高压区、低压区与支撑框架紧密连接。
8、支撑框架上部包括液压进口，1-连通管，油压缓冲区利用液压进口实现液压液体的流入，液压进口上设置有单向阀门，油压缓冲区通过1-连通管与高压区进行液体交换，连通器上设有1-流量控制器；支撑框架中部包括2-连通器，高压区通过1-连通管与油压缓冲区进行液体交换，高压区通过2-连通器与低压区进行液体交换，2-连通器上设置有2-流量控制器；支撑框架下部包括泄压阀，渗流输水管，低压区通过2-连通器与高压区进行液体交换，低压区利用泄压阀，使内压力恒定，水流通过渗流输水管进入装置，中部盖板构件将高压区和低压区隔开，竖向应力由高压区和低压区产生的压差施加到中部盖板构件上，再通过下部活塞杆构件传递给试件，以此实现对试件的竖向应力加载。
9、横向应力加载装置的结构与竖向应力加载装置结构相似，不同之处在于横向应力加载装置的横向应力由高压区和低压区产生的压差施加到中部盖板构件上，再通过一侧的活塞杆构件传递给试件，以此实现对试件的横向应力加载。
10、油压缓冲区处、高压区处以及低压区处分别对应设有液压传感器、液压传感器、液压传感器，横向应力加载装置中活塞杆构件上设有位移传感器，液压传感器、液压传感器、液压传感器、1-流量控制器以及2-流量控制器分别与外部高低压智能反馈控制系统，电连接，所述高低压智能反馈控制系统为计算机内嵌程序，包括显示器与计算机。高低压智能反馈控制系统通过收集数据，再与预设的参数进行整合反馈给1-流量控制器、2-流量控制器，再通过1-流量控制器、2-流量控制器控制油压缓冲区与高压区、高压区与低压区的流量交换，进而实现对竖向应力加载的智能调控。位移传感器与计算机控制系统电连接，所述计算机控制系统为计算机内嵌程序，包括显示器与计算机。需要说明的是，计算机控制系统可以对位移传感器进行调“0”，在试验开始后实时导出位移数据。
11、渗流控制装置包括进水管、软管和出水管，进水管的其中一端与低压区内部的软管其中一端连接，软管另一端穿过下部活塞杆构件与其中部输水管相连，将渗流水压直接作用在试件顶部，进水管上设有水泵，用于提供稳定水流进入剪切盒；进水管上还设置1-水压表，用于测定水流进入时的水压大小，进水管进入低压区后使用软管连接，用于使水压不会因为加载过程中下部活塞杆构件运动而出现波动，剪切仪下部设置出水管，出水管下接水箱用于实现循环用水的目的；设置2-水压表，用于测定水流流出时的水压大小。
12、温度控制模块包括恒温箱，恒温箱三面固定，一面为活动窗口，活动窗口上设置把手和插销便于窗口的开启和关闭；恒温箱一侧开孔与横向应力加载装置的液压直杆紧密贴合，下剪切盒内底部还设置有加热棒，上剪切盒外部还设置有加热线圈，加热线圈置于恒温箱内固定的三面之上，加热棒和加热线圈并联连接组成加热器，温度传感器设置于恒温箱上，温度传感器与加热器跟计算机控制系统连接后再与电源串联连接用于实现对加热构件的启闭以及对于试件温度的监测和控制。
13、支撑框架设置于底座上，三腔液压耦合的竖向应力加载装置设置于支撑框架上部，顶部框架上设置泄压装置并设有压力表，用以观察仪器内压力大小。
14、本专利技术的有益效果是，具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，首先，利用液压原理和三腔液压耦合实现对试件竖向应力的高效加载。其次，本专利技术具有循环渗流调节系统得到稳定的渗流水压，灵活运用水管与软管特性使水压不会因为加载过程中下部活塞杆构件运动而出现波动。同时，本专利技术具有温度控制装置，恒温室使试验环境可以有效保持，加热棒和加热线圈的运用可以使试件上温度加载均匀，提高试验结果的真实性和可靠性。让试样在一定的法向压力、渗流水压与温度下进行单剪试验，试验过程高度智能化，具有简单、实用的优势。
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1.具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，包括位于恒温室（4）内部的剪切装置，剪切装置包括上剪切盒（1）和下剪切盒（2），下剪切盒用于放置试验试件，下剪切盒（2）底部通过出水管（29）穿过底座（36）与水箱（40）连接，上剪切盒（1）用于安装压力室和放置试样，上剪切盒（1）顶部与竖向应力加载装置连接，底座一侧外接横向应力加载装置和渗流控制装置，整个结构还设置有温度控制装置。
2.根据权利要求1所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，所述压力室由若干层滚针排（5）和若干层钢板叠环（6）构成，钢板叠环（6）形状是外方内圆，与滚针排（5）交错铺设，在最上层钢板叠环（7）上开孔，用于和所述竖向应力加载装置的下部活塞杆构件（11）栓接，起到固定上剪切盒（1）的作用。
3.根据权利要求2所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，上剪切盒（1）内铺设乳胶膜，并在上剪切盒（1）和下剪切盒（2）接缝处以及下部活塞杆构件（11）接缝处设置密闭橡胶塞，确保剪切盒密闭性。
4.根据权利要求2所述的具有温控和渗流压力
5.根据权利要求4所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，所述支撑框架（37）上部包括液压进口（15），油压缓冲区（12）利用液压进口（15）实现液压液体的流入，液压进口（15）上设置有单向阀门，油压缓冲区（12）通过1-连通管（16）与高压区13进行液体交换，连通器上设有1-流量控制器（17）；支撑框架37中部包括2-连通器（18），高压区（13）通过1-连通管（16）与油压缓冲区（12）进行液体交换，高压区（13）通过2-连通器（18）与低压区（14）进行液体交换，2-连通器（18）上设置有2-流量控制器（19）；支撑框架（37）下部包括泄压阀（20），渗流输水管（27），低压区（14）通过2-连通器（18）与高压区（13）进行液体交换，低压区（14）利用泄压阀（20），使内压力恒定，水流通过渗流输水管（27）进入装置，中部盖板构件（9）将高压区（13）和低压区（14）隔开，竖向应力由高压区（13）和低压区（14）产生的压差施加到中部盖板构件（9）上，再通过下部活塞杆（11）构件传递给试件，以此实现对试件的竖向应力加载。
6.根据权利要求5所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，横向应力加载装置的结构与竖向应力加载装置结构相似，不同之处在于横向应力加载装置的横向应力由高压区（13）和低压区（14）产生的压差施加到中部盖板构件（9）上，再通过一侧的活塞杆构件（11）传递给试件，以此实现对试件的横向应力加载。
7.根据权利要求6所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，所述油压缓冲区处（12）、高压区（13）处以及低压区（14）处分别对应设有液压传感器（21）、液压传感器（22）、液压传感器（23），所述横向应力加载装置中活塞杆构件（11）上设有位移传感器（24），所述液压传感器（21）、液压传感器（22）、液压传感器（23）、1-流量控制器（17）以及2-流量控制器（19）分别与外部高低压智能反馈控制系统（25），电连接，高低压智能反馈控制系统（25）通过收集数据，再与预设的参数进行整合反馈给1-流量控制器（17）、2-流量控制器（19），再通过1-流量控制器（17）、2-流量控制器（19）控制油压缓冲区（12）与高压区（13）、高...
【技术特征摘要】
1.具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，包括位于恒温室（4）内部的剪切装置，剪切装置包括上剪切盒（1）和下剪切盒（2），下剪切盒用于放置试验试件，下剪切盒（2）底部通过出水管（29）穿过底座（36）与水箱（40）连接，上剪切盒（1）用于安装压力室和放置试样，上剪切盒（1）顶部与竖向应力加载装置连接，底座一侧外接横向应力加载装置和渗流控制装置，整个结构还设置有温度控制装置。
2.根据权利要求1所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，所述压力室由若干层滚针排（5）和若干层钢板叠环（6）构成，钢板叠环（6）形状是外方内圆，与滚针排（5）交错铺设，在最上层钢板叠环（7）上开孔，用于和所述竖向应力加载装置的下部活塞杆构件（11）栓接，起到固定上剪切盒（1）的作用。
3.根据权利要求2所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，上剪切盒（1）内铺设乳胶膜，并在上剪切盒（1）和下剪切盒（2）接缝处以及下部活塞杆构件（11）接缝处设置密闭橡胶塞，确保剪切盒密闭性。
4.根据权利要求2所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，所述竖向应力加载装置自上而下依次设置有上部盖板构件（8）、中部盖板构件（9）、下部盖板构件（10）和下部活塞杆构件（11），上部盖板构件（8）设置于支撑框架（37）的上部，上部盖板构件（8）与支撑框架（37）顶部的顶部框架（38）共同形成油压缓冲区（12）；中部盖板构件（9）由伸缩连接机构（42）与支撑框架（37）的内侧连接，其中伸缩连接机构（42）由固定构件与伸缩杆构件构成，固定构件与支撑框架（37）连接起到固定与限制伸缩杆运动的作用，伸缩杆构件与中部盖板构件（9）连接起到使中部盖板构件（9）可运动的作用，中部盖板构件（9）与上部盖板构件（8）形成高压区（13），中部盖板构件（9）与下部活塞杆构件（11）以螺栓连接；下部盖板构件（10）外方内圆放置在支撑框架（37）下部的卡槽处，利用螺栓与支撑框架（37）连接，螺栓横向设置，下部盖板构件（10）与中部盖板构件（9）形成低压区（14）；下部活塞杆构件（11）与中部盖板构件（9）螺栓连接，下部活塞杆构件（11）底部与下部盖板构件（10）紧密贴合，并与试件直接接触，油压缓冲区（12）、高压区（13）、低压区（14）与支撑框架（37）紧密连接。
5.根据权利要求4所述的具有温控和渗流压力耦合控制的叠环式剪切仪，其特征在于，所述支撑框架（37）上部包括液压进口（15），油压缓冲区（12）利用液压进口（15）实现液压液体的流入，液压进口（15）上设置有单向阀门，油压缓冲区（12）通过1-连通管（16）与高压区13进行液体交换，连通器上设有1-流量控制器（17）；支撑框架37中部包括2-连通器（18），高压区（13）通过1-连通管（16）与油压缓冲区（12）进行液体交换，高压区（13）通过2-连通器（18）与低压区（14）进行液体交换，2-连通器（18）上设置有2-流量控制器（19）；支撑框架（37）下部包括泄压阀（20），渗流输水管（27），低压区（14）通过2-连通器（18）与高压区（13）进行液体交换，低压区（14）利用泄压阀（20），使内压力恒定，水流通过渗流输水管（27）进入装置，中部盖板构件（9）将高压区（13）和低压区（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：田爱哲，李双泉，孙学武，温立峰，尹永锋，邓杰传，
申请(专利权)人：中交河海工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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