一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置

本发明涉及超重力加载剪切试验，尤其是涉及一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置。

背景技术：

1、土体行为的真实建模需要尽可能广泛的实验数据基础，以拟合模型参数或启发所提出的模型。在海洋环境中，土体受到的荷载不仅是单向的，而且还可能是多向的，因此需要考虑主应力轴旋转式的荷载。主应力轴旋转式的荷载是指在某一方向上施加的荷载会导致土体中主应力轴旋转，从而引起其他方向上的应力变化。目前，大多数实验室试验都是在经典三轴仪和真三轴仪等设备中使用固定主轴进行的，在这些装置中，边界条件应该是纯压力(没有剪切分量)，有许多关于单调或循环荷载、排水或不排水边界条件的结果以这种方式获得。

2、而研究主轴旋转荷载作用下土体行为的主要困难是需要控制土样边界上的剪应力。实验室中已有casagrande的直剪箱、roscoe的简单剪切装置或瑞典岩土工程研究所(sgi)、挪威岩土工程学会(ngi)的简单剪切箱等一些能够控制土样边界上的剪切力的实验设备，但这些设备中的应力和应变状态远非均匀，并不适合进行地质材料的理论研究。

3、基于上述问题，本发明提供了一种能在实验室中准确均匀地模拟土样边界上的剪应力的装置，为一种复杂应力状态及边界排水条件下的剪切加载装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，将栅栏状的折叠架和搭接的梳状板连铰接，在底部固定端布设力传感器，活动端连接动力系统，通过梳状板和折叠架实现加载板的主应力轴旋转控制，从而有效地缓解由加载板的刚度和土颗粒之间的摩擦力不同而导致的边界效应。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，包括加载框架和设置在所述加载框架上的剪切加载装置，所述剪切加载装置包括加载单元和通过传力杆与所述加载单元连接的动力系统，所述加载单元包括力传感器、梳状板和设置在所述梳状板上的折叠架，所述动力系统设置为伺服电机。

3、优选的，所述传力杆的上端通过联轴器与伺服电机的输出端连接，传力杆的下端与第二底座连接，所述第二底座上设置有固定法兰，传力杆的底端设置在固定法兰上。

4、优选的，所述梳状板由依次连搭接的1块固定工件、4块第一移动工件和1块第二移动工件组成，所述固定工件的另一侧固定在第一底座上，所述第二移动工件与第二底座连接，所述力传感器设置在第一底座下端。

5、优选的，所述折叠架设置为栅栏状，所述折叠架上设置有多个衔接块，所述折叠架的顶部和底部分别与第二底座和第一底座连接，所述折叠架通过衔接块与所述梳状板铰接。

6、优选的，所述剪切加载装置置于离心机模型箱中，通过管道与水浴循环系统连接。

7、因此，本发明一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，具有以下有益效果：

8、(1)本发明采用可均分为六块梳状工件的梳状板，采用折叠架铰接于六块梳状工件一侧，这种特殊的梳状板和折叠架架构使得伺服电机在操纵加载板总位移时，能够单独控制每块梳状板的移动距离。通过机械式的动力系统所产生的、由机械式折叠架传动结构所传递的变形可以单独地由梳状加载板进行调整。

9、(2)本装置能够在表面上传递剪切应力，同时保持广泛拉伸(或压缩)的可能性，以保持应变的均匀性。这些梳状加载板通过铰接臂系统相互连接，在加载板的中心产生成等比例的位移传输，由于这种比例位移，平均均匀拉伸应用于表面，并且在每个加载板的中心恰好满足均匀条件。

10、(3)剪切加载装置通过梳状板和均分结构实现加载板的主应力轴旋转控制，从而有效地缓解由加载板的刚度和土颗粒之间的摩擦力不同而导致的边界效应。另外，本发明所保护的剪切加载装置通过水浴系统控温，注入化学试剂等方式，实现多场耦合。

11、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，其特征在于：所述传力杆的上端通过联轴器与伺服电机的输出端连接，传力杆的下端与第二底座连接，所述第二底座上设置有固定法兰，传力杆的底端设置在固定法兰上。

3.根据权利要求2所述的一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，其特征在于：所述梳状板由依次连搭接的1块固定工件、4块第一移动工件和1块第二移动工件组成，所述固定工件的另一侧固定在第一底座上，所述第二移动工件与第二底座连接，所述力传感器设置在第一底座下端。

4.根据权利要求3所述的一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，其特征在于：所述折叠架设置为栅栏状，所述折叠架上设置有多个衔接块，所述折叠架的顶部和底部分别与第二底座和第一底座连接，所述折叠架通过衔接块与所述梳状板铰接。

5.根据权利要求1所述的一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，其特征在于：所述剪切加载装置置于离心机模型箱中，通过管道与水浴循环系统连接。

技术总结本发明公开了一种复杂应力状态及排水条件下的剪切加载装置，属于超重力加载剪切试验技术领域，包括加载框架和设置在所述加载框架上的剪切加载装置，所述剪切加载装置包括加载单元和通过传力杆与所述加载单元连接的动力系统，所述加载单元包括力传感器、梳状板和设置在所述梳状板上的折叠架，所述动力系统设置为伺服电机。本发明将栅栏状的折叠架和搭接的梳状板连铰接，在底部固定端布设力传感器，活动端连接动力系统，通过梳状板和折叠架实现加载板的主应力轴旋转控制，从而有效地缓解由加载板的刚度和土颗粒之间的摩擦力不同而导致的边界效应。技术研发人员：洪义,王立忠,余骏远,栗文珂,王学涛受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6