一种温控双向动荷载作用下的循环直剪仪

1.本发明涉及一种岩土工程领域土工测试技术直剪试验仪器，尤其涉及一种温控双向动荷载作用下的循环直剪仪。


背景技术：

2.随着我国经济建设的快速发展，越来越多的建筑、道路、桥梁工程开始在地震多发地区和高原地区立项动工。受气候因素和地理环境的影响，上述地区的土体常受到地震动应力、交通动荷载、温变土体冻融的干扰，引起土体抗剪强度的变化。因此，考虑水平、竖直双向动应力和冻融循环对土体抗剪强度的影响具有重要意义。
3.直剪试验(直接剪切试验)是土工试验中测定土体界面抗剪强度的常用方法，具有简便性。直剪试验中剪切盒的尺寸效应会影响界面抗剪强度的测定，尤其表现在筋土界面抗剪强度的测定方面。大型直剪仪能够提供更大面积的剪切界面，降低不利因素(如剪切盒壁对试样的摩擦作用)对界面抗剪强度测定的影响。目前的大型直剪仪尚缺乏考虑水平、竖直双向动应力和冻融循环因素对界面抗剪强度测定的影响。
4.目前有试验方案提出，将剪切盒整体放入冰柜冷冻后拿出，反复数次后对试样进行直剪试验，以此来考虑冻融循环对土体抗剪强度影响。但在此类试验方案中，试样的加卸载过程与实际工程中土体的应力场有较大差异，无法保证试样竖向应力加荷的持续性。
5.因此，保证试样竖向应力的持续加荷，研究热力耦合作用对界面抗剪强度的影响，提高直剪试验的准确性，一种考虑水平、竖直双向动应力和冻融循环因素的大型循环直剪仪亟待开发。


技术实现要素：

6.本发明针对现有缺陷和技术问题，提出一种温控双向动荷载作用下的循环直剪仪。
7.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种温控双向动荷载作用下的循环直剪仪，包括：保温箱体、直剪仪系统、温度控制系统、动力控制系统、数据监测采集系统。
9.优选地，所述保温箱体为长方体可封闭钢制框架体件，保温箱体内层设有保温用聚氨酯发泡塑料板、内蒸发器、内冷凝管，保温箱体底部固定在基座上。
10.优选地，所述直剪仪系统包括上剪切盒、下剪切盒、固定支架、加载板、水平导轨；所述上剪切盒连接固定支架固定在支承柱上，上剪切盒的顶部与加载板贴合，上剪切盒内设有试样，上剪切盒的底部与下剪切盒贴合；所述下剪切盒内设有试样，下剪切盒底部设有水平导轨；所述水平导轨固定在基座上。
11.优选地，所述温度控制系统包括压缩机、内蒸发器、外蒸发器、内冷凝管、外冷凝管、毛细管、汽液分离器、电磁通阀、液阀、气阀、温控柜；所述内蒸发器设在保温箱体内层；所述外蒸发器设在温控柜内部；所述内冷凝管设在保温箱体内层，内冷凝管与内蒸发器间
隔布置；所述外冷凝管设在温控柜内部；所述压缩机设置在温控柜内部，压缩机通过汽液分离器、电磁通阀与外冷凝管、外蒸发器、气阀连接；所述毛细管连接外冷凝管、外蒸发器与液阀；所述液阀连接内冷凝管、内蒸发器与毛细管。
12.优选地，所述动力控制系统包括水平伺服作动器、竖向伺服作动器、推力座、电液伺服油箱、油泵、伺服阀、电控柜；所述水平伺服作动器通过推力座连接下剪切盒；所述竖向伺服作动器通过加载板连接上剪切盒；所述伺服阀连接水平伺服作动器、竖向伺服作动器和油泵；所述油泵连接电液伺服油箱和伺服阀；所述电控柜控制伺服液压系统。
13.优选地，所述数据监测采集系统包括负荷传感器、位移传感器、温度传感器、控制设备器；所述负荷传感器为电阻应变式负荷传感器，负荷传感器设在水平伺服作动器、竖向伺服作动器的杆端；所述位移传感器为lvdt位移传感器，位移传感器设在下剪切盒右侧盒壁的外侧；所述温度传感器为热电偶式温度传感器，温度传感器设在上剪切盒四周盒壁、下剪切盒两侧盒壁的通孔内；所述控制设备器通过数据线连接负荷传感器、位移传感器、温度传感器。
14.本发明提出的一种温控双向动荷载作用下的循环直剪仪，其有益效果包括：
15.1)本发明所述的温度控制系统，通过温控柜控制，实现保温箱体内部的热交换，保持试样应力场环境稳定的同时，达到控制试样降温和升温的过程，更贴近工程现场实际情况。
16.2)本发明所述的动力控制系统，通过液压控制，实现水平、竖直双向动应力作用，步骤易操作、系统易控制，还原试样界面的动力特性。
17.3)本发明所述的直剪仪系统，通过提供更大面积的剪切界面，有效降低尺寸效应对界面抗剪强度测定的影响，试验结果更精准。
附图说明
18.图1是本发明温控双向动荷载作用下的循环直剪仪的整体三维视图。
19.图2是本发明温控双向动荷载作用下的循环直剪仪的部分俯视图。
20.图3是本发明温控双向动荷载作用下的循环直剪仪的部分右视图。
21.在以上附图中：1.保温箱体；2.聚氨酯发泡塑料板；3.内蒸发器；4.内冷凝管；5.上剪切盒；6.下剪切盒；7.固定支架；8.加载板；9.水平导轨；10.支承柱；11.试样；12.基座；13.压缩机；14.外蒸发器；15.外冷凝管；16.毛细管；17.汽液分离器；18.电磁通阀；19.液阀；20.气阀；21.温控柜；22.水平伺服作动器；23.竖向伺服作动器；24.推力座；25.电液伺服油箱；26.油泵；27.伺服阀；28.电控柜；29.负荷传感器；30.位移传感器；31.温度传感器；32.控制设备器。
具体实施方式
22.为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而
易见的替换和修改的技术方案。
23.实施例一
24.如图1所示，一种温控双向动荷载作用下的循环直剪仪，其包括：保温箱体1、直剪仪系统、温度控制系统、动力控制系统、数据监测采集系统；所述保温箱体1对试样11进行物理保温；所述直剪仪系统对试样11进行直接剪切试验，提供大尺寸的剪切界面；所述温度控制系统对试样11进行温度调控，实现冻融循环；所述动力控制系统对试样11进行液压控制，实现水平、竖直双向动力作用；所述数据监测采集系统对试样11进行负荷、位移、温度数据的采集。
25.本实施例利用双向电液伺服作动器和温控系统，实现了冻融循环条件下界面的双向动力特性试验，大尺寸剪切盒能够满足多种工况模拟的条件，数据监测准确，为界面的热力耦合研究提供试验条件。
26.实施例二
27.如图1所示，所述动力控制系统包括水平伺服作动器22、竖向伺服作动器23、推力座24、电液伺服油箱25、油泵26、伺服阀27、电控柜28；所述电液伺服油箱25与油泵26、伺服阀27、水平伺服作动器22、竖向伺服作动器23连接构成液压系统，电液伺服油箱25将液压油送入油泵26；所述油泵26将液压油送入伺服阀27；所述伺服阀27控制液压油，推动水平伺服作动器22、竖向伺服作动器23的伸出和缩回，实现水平、竖直双向的加载和卸荷；所述推力座24连接水平伺服作动器22和下剪切盒6。
28.如图1所示，所述数据监测采集系统包括负荷传感器29、位移传感器30、温度传感器31、控制设备器32；所述负荷传感器29设在水平伺服作动器22、竖向伺服作动器23的杆端；所述位移传感器30设在下剪切盒6右侧盒壁的外侧，位移传感器30以上剪切盒5右侧盒壁的外侧为支点可进行竖直方向的旋转，保证下剪切盒6沿水平导轨9的顺利拉出；所述温度传感器31为热电偶式温度传感器，温度传感器31设在上剪切盒5四周盒壁、下剪切盒6两侧盒壁的通孔内；所述控制设备器32通过数据线连接负荷传感器29、位移传感器30、温度传感器31。
29.如图2所示，所述保温箱体1俯视尺寸为1400mm
×
740mm；所述直剪仪系统包括上剪切盒5、下剪切盒6、固定支架7、加载板8、水平导轨9，所述上剪切盒5俯视净尺寸为600mm
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200mm，所述下剪切盒6俯视净尺寸为800mm
×
200mm；所述加载板8接触上剪切盒5内的试样11；所述水平导轨9的长度足够保证下剪切盒6完整拉出。
30.如图3所示，所述保温箱体1的右侧箱壁可先沿下1/5处的门轴向上打开，后沿右侧的门轴向外打开，以保证下剪切盒6沿水平导轨9的顺利拉出。
31.如图1、图2、图3所示，所述温度控制系统包括压缩机13、内蒸发器3、外蒸发器14、内冷凝管4、外冷凝管15、毛细管16、汽液分离器17、电磁通阀18、液阀19、气阀20、温控柜21；所述压缩机13将制冷剂形成的低温低压气体压缩成高温高压气体送入电磁通阀18；所述电磁通阀18将高温高压气体送入外冷凝管15；所述外冷凝管15将高温高压气体变为常温高压液体，外冷凝管15将常温高压液体送入毛细管16；所述毛细管16将常温高压液体变为低温低压液体，毛细管16将低温低压液体经液阀19送入内蒸发器3；所述内蒸发器3将低温低压液体变为低温低压气体，同时实现保温箱体1内的降温过程，内蒸发器3将低温低压气体先后经气阀20、电磁通阀18、汽液分离器17送入压缩机13，完成一次保温箱体1内的降温循环。
32.如图1、图2、图3所示，所述温度控制系统包括压缩机13、内蒸发器3、外蒸发器14、内冷凝管4、外冷凝管15、毛细管16、汽液分离器17、电磁通阀18、液阀19、气阀20、温控柜21；所述压缩机13将制冷剂形成的低温低压气体压缩成高温高压气体送入电磁通阀18；所述电磁通阀18将高温高压气体经气阀20送入内冷凝管4；所述内冷凝管4将高温高压气体变为常温高压液体，同时实现保温箱体1内的升温过程，内冷凝管4将常温高压液体经液阀19送入毛细管16；所述毛细管16将常温高压液体变为低温低压液体，毛细管16将低温低压液体经液阀19送入外蒸发器14；所述外蒸发器14将低温低压液体变为低温低压气体，外蒸发器14将低温低压气体先后经电磁通阀18、汽液分离器17送入压缩机13，完成一次保温箱体1内的升温循环。
33.本实施例温控双向动荷载作用下的循环直剪仪，包括直剪仪系统、保温箱体、温度控制系统、动力控制系统、数据监测采集系统；所述直剪仪系统包括上剪切盒、下剪切盒、固定支架、加载板、水平导轨；所述温度控制系统包括压缩机、蒸发器、冷凝管、毛细管、温控柜；所述动力控制系统包括水平伺服作动器、竖向伺服作动器、推力座、电液伺服油箱、油泵、电控柜；数据监测采集系统包括负荷传感器、位移传感器、温度传感器、控制设备器。本发明利用双向电液伺服作动器和温控系统，实现了冻融循环条件下界面的双向动力特性试验，大尺寸剪切盒能够满足多种工况模拟的条件，数据监测准确，为界面的热力耦合研究提供试验条件。本实施例所述的温度控制系统，通过温控柜控制，实现保温箱体内部的热交换，保持试样应力场环境稳定的同时，达到控制试样降温和升温的过程，更贴近工程现场实际情况。本实施例所述的动力控制系统，通过液压控制，实现水平、竖直双向动应力作用，步骤易操作、系统易控制，还原试样界面的动力特性。本实施例所述的直剪仪系统，通过提供更大面积的剪切界面，有效降低尺寸效应对界面抗剪强度测定的影响，试验结果更精准。
34.上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。