冻土—结构直剪仪及其使用方法技术

本发明专利技术是一种冻土—结构直剪仪及其使用方法。其结构包括水平推进器；步进电机；位移传感器；垂直压力传力杆；水平滚珠导轨；上剪切盒；热电偶；下剪切盒；半导体制冷块；荷重传感器；水平端固定装置；冷却液输送管；低温恒温槽；应变速率控制器；配重砝码；杠杆端固定装置；水平承台；杠杆；砝码。优点：适用于研究低温条件下不同材料接触面之间的力学特性。本仪器可根据试验要求，提供不同的法向应力和温度作用于材料接触面，当不同材料接触面上的冻结情况达到相应要求后，在选定的剪切速率下对接触面施加剪切力，直至试样接触面产生破坏，测定冻土—结构接触面的剪应力与剪切位移的关系曲线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种在冻土一结构接触面力学行为研究中使用的冻土一结构直剪仪及其使用方法。属于冻土一结构室内模型试验仪器

技术介绍
直剪仪直接应用在冻土一结构接触面力学行为研究中，目前尚未有报导。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种冻土一结构直剪仪及其使用方法，其目的旨在为进一步深入研究冻土一结构接触面力学特性，建立冻土 _结构接触面τ- F^系曲线及相关参数，m寸冻■虫面力谓生的諸示、勒概以及在各因素下的变化娜。本专利技术的技术解决方案冻土一结构直剪仪的结构是步进电机的输出轴与水平推进器中的齿轮轴相接，位移传感器安装在水平推进器上；位移传感器的信号采集端与上剪切盒对应设置，位移传感器的信号输出端连接CPU的信呈输入端，A水平滚珠导轨装在上剪切盒上，垂直压力传力杆连接在水平滚珠导轨上，上剪切盒与水平推进器中的推进杆对应相接，上剪切盒与下剪切盒间设有热电偶，下剪切盒底部装有半导体制冷块，下剪切盒的下方连接B水平滚珠导轨，荷重传感器与下剪切盒对应设置，荷重传感器固定在水平端固定装置，低温恒温槽内的冷却液输送管连接半导体制冷块；应变速率控制器的信号控制端连接水平推进器的信号输入端，水平承台的下方与杠杆端固定装置相固定，杠杆与杠杆端固定装置活动相接，杠杆的左侧上旋接配重砝码，砝码吊挂在杠杆的右侧。冻土一结构直剪仪的使用方法，包括如下工艺步骤一、重塑土，将土样设在105 110°C温度下烘干8小时，烘干后将土样碾散并通过0. 5mm筛，按原土样的含水率配置重塑土，充分搅勻后装入塑料袋内浸润M小时作为重塑土，重塑土的含水率与原土样含水率之差控制在士 1% ；将重塑土分3层填入容积100 X 60 X 40mm的长方体模具中，并将模具两端面修平，测定重塑土密度，重塑土与原土样密度之差控制在士0. Olg/3cm ；二、将制备好的重塑土作为试样放入低温恒温箱中，按试验规划的各个负温条件下恒温养护4小时；三、取出试样放入冻土一结构直剪仪的下剪切盒中，在试样表面规定的位置处凿开两道浅槽，槽的深度5mm，将热电偶放入浅槽中掩盖压实，将试样表面修平整；将浸水润湿后的板材放入上剪切盒并固定好；上下剪切盒按要求放置并用保温材料填充上下剪切盒之间的空隙；四、启动半导体制冷块9，同时调整砝码上重量，改变上剪切盒、下剪切盒内的不同材料的接触面的法向应力，读取接触面温度，读取频率1次/min，当接触面温度达到设计温度要求并在1小时内温差小于0. 2°C时进行剪切试验；五、采集温度、压力、位移，其采集频率调节至1次/s，启动步进电机进行剪切，试验采用恒应变增量加载方式加载，并通过应变速率控制器14控制，当应力达到峰值后，(1)继续增加位移应变值直至应力稳定，(2)再增加2%的位移应变值，停止试验；通过采集得到的压力、位移的变化量获得剪切应力τ与剪切位移的τ-Δι^曲线；六、机卸载，取下试样，记录试样接触面破坏后的情况，并分层测定土样含水率，获取土样表层含水率以及深度方向上的水分迁移情况。本专利技术的优点适用于研究低温条件下不同材料接触面之间的力学特性。本仪器可根据试验要求，提供不同的法向应力和温度作用于材料接触面，当不同材料接触面上的冻结情况达到相应要求后，在选定的剪切速率下对接触面施加剪切力，直至试样接触面产生破坏，测定剪应力与剪切位移的关系曲线。附图说明附图1是冻土一结构直剪仪的结构示意图。图中的1是水平推进器；2是步进电机；3是位移传感器；4是垂直压力传力杆；5 是水平滚珠导轨；6是上剪切盒；7是热电偶；8是下剪切盒；9是半导体制冷块；10是荷重传感器；11是水平端固定装置；12是冷却液输送管；13是低温恒温槽；14是应变速率控制器；15是配重砝码；16是杠杆端固定装置；17是水平承台；18是杠杆；19是砝码。具体实施例方式对照附图1，冻土一结构直剪仪的结构是步进电机2的输出轴与水平推进器1中的齿轮轴相接，位移传感器3安装在水平推进器1上；位移传感器3的信号采集端与上剪切盒6对应设置，采集上剪切盒6的位移信号，位移传感器3的信号输出端连接CPU，A水平滚珠导轨 5装在上剪切盒6上，垂直压力传力杆4连接在水平滚珠导轨5上，上剪切盒6与水平推进器1中的推进杆对应相接，上剪切盒6与下剪切盒8间设有热电偶7，下剪切盒8底部装有半导体制冷块9，下剪切盒8的下方连接B水平滚珠导轨5，荷重传感器10与下剪切盒8对应设置，荷重传感器10固定在水平端固定装置11，低温恒温槽13内的冷却液输送管12连接半导体制冷块9 ；应变速率控制器14的信号控制端连接水平推进器1的信号输入端，水平承台17的下方与杠杆端固定装置16相固定，杠杆18与杠杆端固定装置16活动相接，杠杆18的左侧上旋接配重砝码15，砝码19吊挂在杠杆18的右侧。使用方法，将土样设在105 110°C温度下烘干8小时，烘干后将土样碾散并通过0. 5mm筛，按原土样的含水率配置重塑土，充分搅勻后装入塑料袋内浸润M小时作为重塑土，重塑土的含水率与原土样含水率之差控制在士 1% ；将重塑土分3层填入容积100 X 60 X 40mm的长方体模具中，并将模具两端面修平，测定重塑土密度，重塑土与原土样密度之差控制在士0. Olg/3cm ；将制备好的重塑土作为试样放入低温恒温箱中，按试验规划的各个负温条件下恒温养护4小时；取出试样放入冻土一结构直剪仪的下剪切盒中，在试样表面规定的位置处凿开两道浅槽，槽的深度5mm，将热电偶放入浅槽中掩盖压实，将试样表面修平整；将浸水润湿后的板材放入上剪切盒并固定好；上下剪切盒按要求放置并用保温材料填充上下剪切盒之间的空隙；启动半导体制冷块9，同时调整砝码19上重量，改变上剪切盒6、下剪切盒8内的不同材料的接触面的法向应力，读取接触面温度，读取频率1次/min，当接触面温度达到设计温度要求并在1小时内温差小于0. 2°C时进行剪切试验；采集温度、压力、位移，其采集频率调节至1次/s，启动步进电机进行剪切，试验采用恒应变增量加载方式加载，并通过应变速率控制器14控制，当应力达到峰值后，(1)继续增加位移应变值直至应力稳定，(2)再增加2%的位移应变值，停止试验；通过采集得到的压力、位移的变化量获得剪切应力Γ与剪切位移的τ-Δι^曲线；机卸载，取下试样，记录试样接触面破坏后的情况，并分层测定土样含水率，获取土样表层含水率以及深度方向上的水分迁移情况。实施例支架外形尺寸长750 X高860 X宽250mm，水平承台17尺寸长750 X宽250mm。 支架底部装有滚轮，以方便移动。剪切盒系统位于水平承台17的中部，由上剪切盒6和下剪切盒8两部分组成，具体位置如图1所示。上剪切盒、下剪切盒外侧均附着保温材料。上剪切盒容积为长120mmX 宽70mmX高30mm，可以方便地更换结构材料，以模拟在工程领域可能遇到的各种结构面， 如混凝土、金属等。下剪切盒用于放置土样，模具容积为为长IOOmmX宽60mmX高40mm，试样剪切面积为100mmX60mm。下剪切盒8底部是封闭的半导体制冷块9。剪切盒系统在水平方向上(接触面切向)是自由的，在竖直方向上(接触面法向)不发生位移，模拟结构面的材料可在水平步进电机系统驱动下做水平(接触面切向)运动，实现接触面上冻土与结构的相对切向运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．冻土—结构直剪仪，其特征是步进电机的输出轴与水平推进器中的齿轮轴相接，位移传感器安装在水平推进器上；位移传感器的信号采集端与上剪切盒对应设置，位移传感器的信号输出端连接ＣＰＵ的信呈输入端，Ａ水平滚珠导轨装在上剪切盒上，垂直压力传力杆连接在水平滚珠导轨上，上剪切盒与水平推进器中的推进杆对应相接，上剪切盒与下剪切盒间设有热电偶，下剪切盒底部装有半导体制冷块，下剪切盒的下方连接Ｂ水平滚珠导轨，荷重传感器与下剪切盒对应设置，荷重传感器固定在水平端固定装置，低温恒温槽内的冷却液输送管连接半导体制冷块；应变速率控制器的信号控制端连接水平推进器的信号输入端，水平承台的下方与杠杆端固定装置相固定，杠杆与杠杆端固定装置活动相接，杠杆的左侧上旋接配重砝码，砝码吊挂在杠杆的右侧。

【技术特征摘要】
1.冻土一结构直剪仪，其特征是步进电机的输出轴与水平推进器中的齿轮轴相接，位移传感器安装在水平推进器上；位移传感器的信号采集端与上剪切盒对应设置，位移传感器的信号输出端连接CPU的信呈输入端，A水平滚珠导轨装在上剪切盒上，垂直压力传力杆连接在水平滚珠导轨上，上剪切盒与水平推进器中的推进杆对应相接，上剪切盒与下剪切盒间设有热电偶，下剪切盒底部装有半导体制冷块，下剪切盒的下方连接B水平滚珠导轨， 荷重传感器与下剪切盒对应设置，荷重传感器固定在水平端固定装置，低温恒温槽内的冷却液输送管连接半导体制冷块；应变速率控制器的信号控制端连接水平推进器的信号输入端，水平承台的下方与杠杆端固定装置相固定，杠杆与杠杆端固定装置活动相接，杠杆的左侧上旋接配重砝码，砝码吊挂在杠杆的右侧。2.冻土一结构直剪仪的使用方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤一、配置重塑土；将土样在105 110°C温度下烘干8小时，烘干后将土样碾散并通过0. 5mm筛，按原土样的含水率配置重塑土，充分搅勻后装入塑料袋内浸润M小时作为重塑土，重塑土的含水率与原土样含水率之差控制在士 1% ；将重塑土分3层填入容积100X60X40mm的长方体模具中，并将模具两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，陈红斌，王海波，何文龙，赵联桢，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：84