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一种带有自动 数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置

阅读：1026发布：2020-07-20

专利汇可以提供一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置，涉及岩土力学试验技术。本实用新型通过对岩土体试样施加法向荷载，并通过施加水平剪切力，使试样在拟定的剪切面上发生剪切破坏，并通过自动数据采集系统记录试验过程中的剪应力、位移等相关数据。本试验装置包括试样（00）、剪切盒（10）、反力系统（20）、垂向压力系统（30）、传力系统（40）、切向压力系统（50）、滚轴排（60）和自动数据采集系统（70）。本实用新型采用应变控制，测量精度高，稳定性好；具有自动数据采集系统；使用应力控制使用轮辐传感器，使应力的测量更加精确；所有部件可拆卸，方便运输，便于安装。，下面是一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：
包括试样（00）、剪切盒（10）、反力系统（20）、垂向压力系统（30）、传力系统（40）、切向压力系统（50）、滚轴排（60）和自动数据采集系统（70）；
其连接关系是：
试样（00）置于剪切盒（10）内；
反力系统（20）、垂向压力系统（30）、传力系统（40）、滚轴排（60）和试样（00）依次连接，将垂向压力施加于试样（00）；
切向压力系统（50）、传力系统（40）和试样（00）依次连接，将侧向压力施加于试样（00）；
自动数据采集系统（70）由四个垂向位移计（71）、两个切向位移计（72）和数据采集箱（73）组成；
四个垂向位移计（71）位于垂向压力板（33）的四个角点，用于量测试验过程中试样（00）的垂向位移；
两个切向位移计（72）位于剪力受力面的另一侧，用于量测试验过程中试样（00）的切向位移；
垂向位移计（71）和切向位移计（72）分别与数据采集箱（73）相连，量测垂向位移和切向位移；
垂向压力系统（30）的垂向压力传感器（32）和切向压力系统（50）的切向压力传感器（52）分别与数据采集箱（73）相连，量测垂向压力和切向压力。
2.按权利要求1所述的试验装置，其特征在于：
所述的反力系统（20）由依次连接的反力梁（21）、连接杆（22）和地锚器（23）组成。
3.按权利要求1所述的试验装置，其特征在于：
所述的垂向压力系统（30）由依次连接的垂向压力千斤顶（31）、垂向压力传感器（32）和垂向压力板（33）组成；
垂向压力千斤顶（31）为手动油压千斤顶；
垂向压力传感器（32）采用轮辐传感器，垂向压力传感器（32）与数据采集箱（73）相连；
垂向压力板（33）包括上垂向压力板（331）和下垂向压力板（332）；在上垂向压力板（331）和下垂向压力板（332）之间安放有滚轴排（50）。
4.按权利要求1所述的试验装置，其特征在于：
所述的传力系统（40）由垂向传力筒（41）、垂向传力板（42）、切向传力筒（43）和切向传力板（44）组成；
垂向传力筒（41）、垂向传力板（42）和垂向压力千斤顶（31）依次连接，切向传力筒（43）、切向传力板（44）和切向压力千斤顶（51）依次连接。
5.按权利要求1所述的试验装置，其特征在于：
所述的切向压力系统（50）由依次连接的切向压力千斤顶（51）、切向压力传感器（52）和切向压力板（53）组成；
切向压力千斤顶（51）为手动油压千斤顶；
切向压力传感器（52）采用轮辐传感器，切向压力传感器（52）和数据采集箱（73）相连。
6.按权利要求1所述的试验装置，其特征在于：
所述的滚轴排（60）内置滚珠，位于上垂向压力板（331）和下垂向压力板（332）之间，试验时随着切向位移的发展而沿垂向压力板（33）表面滚动，保证垂向压力不产生偏心力矩。
7.按权利要求1所述的试验装置，其特征在于：
所述的自动数据采集系统（70）由垂向位移计（71）、两个切向位移计（72）和数据采集箱（73）组成；
垂向位移计（71）和切向位移计（72）分别与数据采集箱（73）相连；
垂向位移计（71）采用VWD-50振弦式位移计；
切向位移计（72）采用VWD-50振弦式位移计；
数据采集箱（73）包括集成PXI总线和PC机。

说明书全文

一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及岩土力学试验技术，尤其涉及一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置。

背景技术

[0002] 岩土工程的失稳绝大多数是由于岩土体的剪切破坏引起的，因此准确测定岩土体的抗剪强度参数在岩土工程建设中具有重要意义。在岩土力学研究过程中，通过施加剪切力（或剪切位移）对岩土体进行试验的方法一直受到重视，直剪试验为其中一种方法。

[0003] 由于岩土体直剪试验原理方法简单，并积累了大量的工程实践经验，特别是室内直剪，在工程实践中得到了广泛应用；但对于大颗粒、现场大尺寸样品的测试工作一直很难较好开展。目前国内进行现场剪切试验时多数采用简单的应力控制式加载试验方法，不能反映岩土体完整的变形过程，也不能得到其残余抗剪强度。况且，目前使用的岩土直剪设备的数据采集工作主要是人工手动读数和记录，加上普通传感器和仪表式位移计自身精度的不足，很难做到准确测定岩土体的抗剪强度参数。发明内容

[0004] 本实用新型的目的主要在于解决了现有原位岩土直剪设备存在的无法自动采集数据和试验结果精度差的问题，提供一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置。

[0005] 本实用新型的目的是这样实现的：

[0006] 本试验装置包括试样、剪切盒、反力系统、垂向压力系统、传力系统、切向压力系统、滚轴排和自动数据采集系统；

[0007] 其连接关系是：

[0008] 试样置于剪切盒内；

[0009] 反力系统、垂向压力系统、传力系统、滚轴排和试样依次连接，将垂向压力施加于试样；

[0010] 切向压力系统、传力系统和试样0依次连接，将侧向压力施加于试样；

[0011] 自动数据采集系统由四个垂向位移计、两个切向位移计和数据采集箱组成；

[0012] 四个垂向位移计位于垂向压力板的四个角点，用于量测试验过程中试样的垂向位移；

[0013] 两个切向位移计位于剪力受力面的另一侧，用于量测试验过程中试样的切向位移；

[0014] 垂向位移计和切向位移计分别与数据采集箱相连，量测垂向位移和切向位移；

[0015] 垂向压力系统的垂向压力传感器和切向压力系统的切向压力传感器分别与数据采集箱相连，量测垂向压力和切向压力。

[0016] 本实用新型工作原理

[0017] 在开挖的探坑或试验平硐内选择未经扰动具有代表性的原位岩土体，使用削土刀将岩土体削切为略小于剪切盒内径大小的块体，在试样上套入剪切盒，将剪切盒与试样之间的缝隙填满细砂，通过垂向压力系统对试样施加垂向压力，待试样在垂向压力作用下固结稳定后，通过切向压力系统推动剪切盒而对原位试样施加水平剪力直至试样破坏。试验过程中水平剪力与垂向压力由切向压力传感器、垂向压力传感器测量，试样的水平位移和垂向位移由切向位移计、垂向位移计测量，测量数据通过数自动数据采集系统采集并存储。

[0018] 本实用新型具体操作步骤：

[0019] ①将原位岩土体削切为略小于剪切盒内径大小的块体并套入剪切盒；

[0020] ②安装垂向压力系统和反力系统；

[0021] ③安装切向压力系统和传力系统；

[0022] ④安装位移计和压力传感器，并将位移计、压力传感器和自动数据采集系统相连，启动数据采集程序即可开始试验；

[0023] ⑤将垂向荷载加至预定值，稳压；

[0024] ⑥分级施加水平剪力，控制剪切速率直至试样破坏；

[0025] ⑦实验完毕后将自动数据采集系统中采集到的数据导出，进行抗剪强度参数计算。

[0026] 本实用新型具有以下优点和积极效果：

[0027] ①采用应变控制，测量精度高，稳定性好；

[0028] ②具有自动数据采集系统，所有试验数据自动采集，避免了人工读数的繁琐和误差，能够准确地得到试样的抗剪强度指标，同时能够得出试样的剪切残余强度；

[0029] ③使用应力控制使用轮辐传感器，使应力的测量更加精确；

[0030] ④所有部件可拆卸，方便运输，便于安装。附图说明

[0031] 图1是本试验装置的结构方框图；

[0032] 图2是本试验装置的结构示意图。

[0033] 其中：

[0034] 00—试样；

[0035] 10—剪切盒；

[0036] 20—反力系统，

[0037] 21—反力梁，22—连接杆，23—地锚器；

[0038] 30—垂向压力系统，

[0039] 31—垂向压力千斤顶，32—垂向压力传感器，

[0040] 33—垂向压力板，

[0041] 331—上垂向压力板，332—下垂向压力板；

[0042] 40—传力系统，

[0043] 41—传力筒，42—垂向传力板，43—切向传力筒，44—切向传力板；

[0044] 50—切向压力系统；

[0045] 51—切向压力千斤顶，52—切向压力传感器，53—切向压力板；

[0046] 60—滚轴排；

[0047] 70—自动数据采集系统，

[0048] 71—垂向位移计，72—切向位移计，73—数据采集箱。

具体实施方式

[0049] 下面结合附图和实施例详细说明：

[0050] 一、试验装置

[0051] 1、总体

[0052] 如图1、2，本试验装置包括试样00、剪切盒10、反力系统20、垂向压力系统30、传力系统40、切向压力系统50、滚轴排60和自动数据采集系统70；

[0053] 其连接关系是：

[0054] 试样00置于剪切盒10内；

[0055] 反力系统20、垂向压力系统30、传力系统40、滚轴排60和试样00依次连接，将垂向压力施加于试样00；

[0056] 切向压力系统50、传力系统40和试样00依次连接，将侧向压力施加于试样00；

[0057] 自动数据采集系统70由四个垂向位移计71、两个切向位移计72和数据采集箱73组成；

[0058] 四个垂向位移计71位于垂向压力板33的四个角点，用于量测试验过程中试样00的垂向位移；

[0059] 两个切向位移计72位于剪力受力面的另一侧，用于量测试验过程中试样00的切向位移；

[0060] 垂向位移计71和切向位移计72分别与数据采集箱73相连，量测垂向位移和切向位移；

[0061] 垂向压力系统30的垂向压力传感器32和切向压力系统50的切向压力传感器52分别与数据采集箱73相连，量测垂向压力和切向压力。

[0062] 工作机理：

[0063] 在切削完成的原位岩土体的试样00上，扣入剪切盒10，之上安装垂向压力板33，在两个垂向压力板33之间放置有滚轴排60，在垂向压力板33的上面安装垂向压力传感器32，垂向压力传感器32上部依次为垂向压力千斤顶31、垂向传力板42和垂向传力筒41，传力系统40接收垂向压力千斤顶31的作用力并传递作用于反力系统20以提供垂向压力；

[0064] 切向压力系统50利用探坑坑壁作反力底座，切向压力千斤顶51和切向压力传感器52、切向压力板53和切向传力板44、切向传力筒43结合作用于剪切盒10侧面提供切向压力；

[0065] 量测试样00垂向变形的位移计71，安装在垂向压力板33的四角上；量测试样00剪切变形的位移计72，安装在剪力受力面的另一侧；位移计70好压力传感器72分别与数据采集箱73相连；启动自动数据采集系统70，施加垂向压力，固结一定时间后，分级施加切向压力，记录试验数据。

[0066] 2、功能部件

[0067] 1）剪切盒10

[0068] 如图2，剪切盒是一种方形容器，

[0069] 内壁的长×宽×高=31.6cm×31.6cm×32cm，采用1.5cm厚钢板焊接而成，最大切向承载压力为50kN。

[0070] 2）反力系统20

[0071] 如图2，反力系统20由依次连接的反力梁21、连接杆22和地锚器23组成，地锚器23与灌浆水泥柱联合使用时将提供更大反力。

[0072] 3）垂向压力系统30

[0073] 如图2，垂向压力系统30由依次连接的垂向压力千斤顶31、垂向压力传感器32和垂向压力板33组成；

[0074] 垂向压力千斤顶31为手动油压千斤顶，最大量程为500kN；

[0075] 垂向压力传感器32采用轮辐传感器，垂向压力传感器32与数据采集箱73相连，垂向压力传感器32导出的数据直接显示在数据采集箱73的PC机上；

[0076] 垂向压力板33包括上垂向压力板331和下垂向压力板332；在上垂向压力板331和下垂向压力板332之间安放有滚轴排50；垂向压力板33的存在确保了垂向压力均匀分布于试样00的顶面上。

[0077] 4）传力系统40

[0078] 传力系统40由垂向传力筒41、垂向传力板42、切向传力筒43和切向传力板44组成；

[0079] 垂向传力筒41、垂向传力板42和垂向压力千斤顶31依次连接，切向传力筒43、切向传力板44和切向压力千斤顶51依次连接；

[0080] 传力筒和传力板用于调节反力系统20与压力系统40之间的距离。

[0081] 5）切向压力系统50

[0082] 切向压力系统50由依次连接的切向压力千斤顶51、切向压力传感器52和切向压力板53组成；

[0083] 切向压力千斤顶51为手动油压千斤顶，最大量程为300kN；

[0084] 切向压力传感器52采用轮辐传感器，切向压力传感器52和数据采集箱73相连，切向压力传感器52导出的数据直接显示在数据采集箱73的PC机上；

[0085] 切向压力板53的存在使切向压力均匀分布于剪切盒10侧面上，避免由于切向压力的集中而导致剪切盒10的破坏。

[0086] 6）滚轴排60

[0087] 滚轴排60位于上垂向压力板331和下垂向压力板332之间，滚轴排60内置滚珠，试验时随着切向位移的发展而沿垂向压力板33表面滚动，保证垂向压力不产生偏心力矩。

[0088] 7）自动数据采集系统70

[0089] 自动数据采集系统70由山东省济南海威尔仪器有限责任公司生产。

[0090] 自动数据采集系统70由垂向位移计71、两个切向位移计72和数据采集箱73组成；

[0091] 垂向位移计71和切向位移计72分别与数据采集箱73相连，位移计导出的数据直接显示在数据采集箱73的PC机上；

[0092] ①四个垂向位移计71采用VWD-50振弦式位移计，分别置于垂向压力板33的四角，用于量测试验过程中试样00的垂向位移，位移计最大量程50mm，精度为0.1mm；

[0093] ②两个切向位移计72采用VWD-50振弦式位移计，分别置于剪力受力面另一侧的上下部，用于量测切向位移；

[0094] ③数据采集箱73包括集成PXI总线和PC机

[0095] 由此可见，自动数据采集系统70实现了位移和应力变化数据的自动瞬时采集记录。

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