[发明专利]低温控制条件下大型土工直剪强度测试装置

说明书

技术领域

本发明是一种土工测试仪器，属于土木工程仪器测试领域。

背景技术

粗粒土(碎石土、土石混合体)是一种由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的粘土和砂组成的地质体。粗粒土作为一种填料被广泛应用于土石坝、公路、铁路、机场、房屋地基等建筑工程，应用范围相当广泛。由于粗粒土由块石和土组成，且两者在力学性质上呈现“极强”(块石)和“极弱”(土体)两个极端的差异性。这种差异性使粗粒土在物理力学性质上呈现极端的不均匀性与极端的非线性特征，其宏观物理力学性质不能由块石或土简单叠加而成。西南地区存在大量粗粒土边坡，且较高海拔处常年处于低温环境，对于低温条件下粗粒土强度的测试不能由传统的土力学剪切装置或者岩石试验机来完成，需要研制适合粗粒土自身特点的新型仪器，量测其力学强度，尤其是要考虑尺寸效应和低温对粗粒土强度的影响。本发明就是一种用于量测低温控制条件下粗粒土抗剪强度的新型试验装置。

发明内容

本发明目的是提供一种低温控制条件下大型土工直剪强度测试装置，用于解决粗粒土等各种岩土体在不同固结应力状态和低温条件下的强度试验测试，为工程实践提供技术参数。

本发明的技术解决方案，其特征是一种低温控制条件下大型土工直剪强度测试装置，包括反力架1，加载框架2，第一伺服电机3，第二伺服电机4，载样台5，上剪切盒6，下剪切盒7，轨道车8，垂直位移计9，第一垂直滑轨10，上盒试样11，滚珠轴排12，下盒扩展板13，下盒试样14，第一千斤顶15，第一支撑底座16，水平滑轨17，第二支撑底座18，第二千斤顶19，传力杆20，连接端头21，水平加载轴22，水平位移计23，第一侧限柱24，垂直加载轴25，加压板26，第二侧限柱27，伸缩臂28，第三侧限柱29，第二垂直滑轨30，上盒冷冻液入口31，上盒冷冻液出口32，下盒冷冻液入口33，下盒冷冻液出口34，冷冻液管路35，测温环36。第一伺服电机3连接垂直加载轴25，垂直加载轴25提供垂直压力，位于加压板26上面，加压板26连接垂直位移计9，加压板26位于上盒试样11的顶面，上剪切盒6由第一侧限柱24和第二侧限柱27固定，第一侧限柱24连接第一垂直滑轨10，第二侧限柱27通过伸缩臂28与第三侧限柱29相连，第三侧限柱29连接第二垂直滑轨30，上剪切盒6通过滚珠轴排12对准下剪切盒7，上剪切盒6内安装上盒试样11，下剪切盒7内安装下盒试样14，下剪切盒7连接下盒扩展板13，下剪切盒7连接轨道车8，轨道车8可沿水平滑轨17移动到载样台5之上，水平滑轨17与加载框架2连接，第一千斤顶15连接第一支撑底座16，第二千斤顶19连接第二支撑底座18，下剪切盒7连接传力杆20和水平位移计23，连接端头21与水平加载轴22对准，水平加载轴22连接第二伺服电机4；上盒冷冻液入口31、上盒冷冻液出口32、下盒冷冻液入口33、下盒冷冻液出口34分别和制冷机连接，用于提供上盒试样11和下盒试样14冷冻，上剪切盒6和下剪切盒7内均设有冷冻液管路35，用于冷冻液在上剪切盒6和下剪切盒7内部流通，冷冻液采用酒精；下剪切盒7内部预埋测温环36，用于量测下盒试样14的温度。上剪切盒6尺寸为长500mm宽500mm，连接第一侧限柱24一侧的上剪切盒6的盒壁高为445mm，连接第二侧限柱27一侧的上剪切盒6的盒壁高为155mm，下剪切盒7尺寸为长500mm宽500mm，连接下盒扩展板13一侧的下剪切盒7的盒壁高为155mm，连接传力杆20一侧的下剪切盒7的盒壁高为445mm，滚珠轴排12倾角为30°，上剪切盒6和下剪切盒7均采用质量轻强度高的合金材料，且进行阳极电镀防腐处理，上剪切盒6和下剪切盒7的内壁四个角为圆形设计，圆角半径为30mm～60mm，上剪切盒6可以沿下盒扩展板13滑动，第一侧限柱24可以沿第一垂直滑轨10垂直滑动，第三侧限柱29可以沿第二垂直滑轨30垂直滑动，第一伺服电机3和第二伺服电机4通过反力架1施加力，反力架1和加载框架2以及加压板26均采用高强度不锈钢材料，加压板26与上剪切盒6间的缝隙间隔为2mm～4mm，滚珠轴排12、下盒扩展板13和水平滑轨17均为高强度不锈钢材料，且表面均涂有特富龙材料。第一伺服电机3和第二伺服电机4均可以进行快进快退操作，也可以进行匀速应变加载和应力加载，应变剪切速率为0.02～5.00mm/min，最大出力可达1000kN，出力测量精度可达0.5％FS，应力剪切速率为100～600kN/min。垂直位移计9的最大量程为150mm，测量精度可达1mm，水平位移计23的最大量程为170mm，测量精度可达1mm。

量测低温条件下粗粒土抗剪强度的试验方法如下：