[发明专利]一种监测颗粒介质运动特征的双轴测试装置

说明书

双轴测试室包括：上盖；样品室；至少一个观测窗，其附接于所述样品室；两个膜架，其附接有柔性膜且附接在所述样品室的相反两侧；两个侧室，每个侧室作为容纳液体的储存室，连接至所述样品室，并且围绕所述两个膜架；以及底座。

背景技术

土作为颗粒介质，控制其宏观工程性质的相关物理机制取决于颗粒间相互作用。利用以离散元法(DEM)为主的数值模拟和试验，微观研究方法已被广泛应用于探知土性质的内在机制。虽然离散元模拟已被广泛应用并取得了丰硕的研究成果，但是值得注意的是离散元模拟的预测决定于输入颗粒几何尺寸与预设接触模型，输入颗粒几何尺寸与预设接触模型均是物理上的简化或者理想化。因此，模拟所得的结论可能是有限的。

本领域已知能够实现以杆状集合体形式模拟颗粒材料的二维模拟。该二维杆状集合体的表征性质与真实土样品的性质一致，并且最重要的是易于观测颗粒运动情况。对杆状集合体的大多数测试采用双轴装置进行。然而，双轴剪切设备通常是定制的，成本高，不容易复制；并且，常用设备仅允许使用具有刚性边界的样品室来测试，从而预期会影响样品变形的特征，例如，限制剪切带的发展；此外，追踪颗粒运动的常规测量技术可以通过先进的手段(即粒子图像测速技术(PIV)和近景摄影测量)进一步提高分辨率和精度，实现从颗粒尺度与颗粒接触尺度上揭示样品运动的目标；试验中所用的颗粒形状也受限于规则形状，大多数为圆形。因此，一种能够解决上面提到的所有问题的新型双轴测试装置是非常必要的。

3D打印技术(也被称为增材制造)的出现，给许多领域，包括生物医学工程和保健、制造业、甚至食品生产，带来了重大影响和变化。虽然这种技术越来越流行，但它在岩土工程的相关应用中却没有得到广泛应用。因此，本发明使用3D打印来制造双轴测试装置中的至少一些组件。

发明内容

一方面，本文所披露的实施例涉及一种双轴测试室，包括：上盖；样品室；至少一个观测窗，其附接于所述样品室；两个膜架，其附接有柔性膜且连接在所述样品室的相反两侧；两个侧室，每个侧室作为容纳液体的储存室，连接至所述样品室，并且围绕所述两个膜架；以及底座。

另一方面，本文所披露的实施例涉及一种双轴测试装置，包括：加载架；双轴测试室，包括外盖、样品室、至少一个观测窗、两个膜架、两个侧室和底座，至少一个观测窗附接于所述样品室，两个膜架附接有柔性膜且连接在所述样品室的相反两侧，每个侧室作为容纳液体的储存室，连接至所述样品室，且围绕所述两个膜架；体积测量装置；以及控制单元。

另一方面，本文所披露的实施例涉及一种利用双轴测试装置测定颗粒介质运动特征的方法，包括：将颗粒介质加载到双轴测试室的样品室中，所述双轴测试室包括：外盖、样品室、至少一个观测窗、两个膜架、两个侧室和底座，至少一个观测窗附接于所述样品室，两个膜架附接有柔性膜且连接在所述样品室的相反两侧，每个侧室作为容纳液体的储存室，连接至所述样品室，且围绕所述两个膜架；将所述双轴测试室安装到加载架上；对所述颗粒介质施加围压；对所述颗粒介质施加变化的轴向载荷；以及在施加所述轴向载荷期间从所述颗粒介质获取竖直位移数据。

本发明的其他方面和优点将从以下描述和所附权利要求中得到体现。

附图说明

图1是根据本发明的一个或多个实施例的双轴测试装置的示意图。

图2是根据本发明的一个或多个实施例的双轴测试室的示意图。

图3是根据本发明的一个或多个实施例的双轴测试室的分解图。

图4-10是根据本发明的一个或多个实施例的双轴测试室的样品制备及组装过程的过程图。

具体实施方式