[实用新型]一种颗粒材料力学实验可视化测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及颗粒物质力学性能测试分析及可视化的技术领域，尤其是指一种颗粒材料力学实验可视化测试装置。

背景技术

岩土类颗粒物质在自然界、工程建设以及日常生活中普遍存在，其力学特性及动力响应的研究在学术界已经开展了几十年。在过往的研究中，一般都是把岩土颗粒物质假设成连续体进行分析，基于经典的弹塑性力学理论，人们发展了较多的岩土体宏观力学模型，但没有一个能全面、正确表达其应力-应变关系的本构方程。究其原因，主要是由于基于连续体的假设与岩土本身的非连续颗粒特性不符，因此基于颗粒层次的细观研究具有重要的学术价值。

在力学分析中，主要采用理论推导、模拟计算和实验测试的方法。然而在当前的颗粒力学研究中，理论分析遇到极大困难，数值模拟计算因颗粒物质计算量大，只能模拟有限颗粒数量、形状单一的颗粒系统，难于满足理论研究和工程实践的需要。因此实验测试就显得尤为重要，或者说是现阶段最适用的研究手段。

颗粒力学实验测试的方法很多，主要有高精度电子天平称重法、显色灵敏复写纸压痕法、光弹实验法、荧光共聚焦显微镜法和磁共振弹性成像法。1999年美国Duke大学的Behringer教授应用光弹性法在颗粒力学研究领域做了大量实验，发表了相应研究论文；清华大学从07年也开始进行颗粒的光弹实验研究，并且在Behringer教授研制的光弹设备的基础上增加了可以实时跟踪宏观性质上的力、位移等物理量的设备，实用新型了一种新型的光弹实验仪。但是上述两种光弹仪器主要侧重于轴向荷载作用下，颗粒介质内部在细观层次的力学性能方面的研究，为了拓展光弹实验法在颗粒力学领域的应用范围，实现颗粒内部接触应力的直观观测，因此本实用新型研制了一种颗粒材料压缩/剪切试验可视化方法及试验装置，不仅可以对颗粒材料施加轴向荷载、剪切荷载，而且可以根据两种荷载组合来模拟颗粒介质尺度效应直观观测试验、应力拱试验、刚或柔性基础下地基载荷等试验，并实现上述试验中颗粒介质内部剪切带的厚度和角度、力链的分布和走向的可视化。

现阶段国内尚无关于颗粒内部细观力学性能可视化研究的相关报道，本方法及试验装置的提出，可以为未来的相关研究手段提供有益借鉴。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，可以对颗粒材料施加多种荷载，模拟各种常见土力学试验，应用应力—光性定律，实现上述试验中颗粒接触应力、剪切带厚度和角度、力链的分布和走向等参数的可视化。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，包括有光源、用于形成平面偏振光的起偏镜、用于形成圆偏振场的1/4波片、可对其内颗粒材料施加压缩/剪切荷载的可视化加载装置、用于过滤其它方向偏振光的检偏镜以及用于采集图片的摄像机，其中，所述起偏镜和摄像机分别设置在可视化加载装置的相对两侧，所述起偏镜与可视化加载装置之间和所述摄像机与可视化加载装置之间均设置有所1/4波片，光源发出的光线沿着起偏镜、1/4波片、可视化加载装置、1/4波片、检偏镜、摄像机依次传播，并确保光源发出的光传播到可视化加载装置内的颗粒上。

所述摄像机配置有用于实时显示图像的智能终端。

所述可视化加载装置包括有可视化框架、压缩荷载施加装置、剪切荷载施加装置、测量显示器以及相互配对的可视化上颗粒材料试样盒和可视化下颗粒材料试样盒，其中，所述可视化上颗粒材料试样盒和可视化下颗粒材料试样盒分别置于可视化框架内，且所述可视化下颗粒材料试样盒滑动安装在可视化框架的内腔底部，并可由装于可视化框架上的剪切荷载施加装置对其施加剪切荷载，所述可视化上颗粒材料试样盒和可视化下颗粒材料试样盒之间通过可拆卸的销钉连接，且所述可视化上颗粒材料试样盒可由装于可视化框架上的压缩荷载施加装置对其内的颗粒材料施加压缩荷载；所述压缩荷载施加装置和剪切荷载施加装置上均装有拉压传感器和位移传感器，且所述拉压传感器和位移传感器分别与测量显示器连接。

所述可视化框架上设有用于调整颗粒材料试样盒初始位置的复位螺杆。

所述可视化上颗粒材料试样盒的顶部设有用于压着其内颗粒材料的加载盖板，压缩荷载施加装置通过其压杆顶着加载盖板，为可视化上颗粒材料试样盒内的颗粒材料施加压缩荷载；所述剪切荷载施加装置通过其剪切杆顶着可视化下颗粒材料试样盒的侧壁，为该可视化下颗粒材料试样盒施加剪切荷载。