[发明专利]一种基于单轴压缩试验的钙质砂颗粒破碎动态监测装置

说明书

本发明公开了一种基于单轴压缩试验的钙质砂颗粒破碎动态监测装置，该装置包括试件定位机构和试件加载机构；所述试件定位机构包括顶板、环形外壳、刚性护环及底座，所述顶板中央设有内嵌螺孔；所述环形外壳设于顶板和底座之间，刚性护环设于环形外壳内部，且固定设于底座中央；所述刚性护环为上下贯穿的空心圆柱体；所述试件加载机构设置包括螺杆和活塞，螺杆与顶板通过螺纹连接，活塞设于螺杆底部；活塞和螺杆之间设有上部测力机构，刚性护环底部设有下部测力机构，上部测力机构与下部测力机构上下对称。本发明装置能实现钙质砂样本单轴压缩力学特性测试与样本颗粒破碎特性动态监测同时进行；且装置体积小、可拆卸，便于进行运输和试验。

技术领域

本发明属于岩土工程试验技术领域，具体涉及一种基于单轴压缩试验的钙质砂颗粒破碎动态监测装置。

背景技术

近年来珊瑚岛礁工程的开发建设逐渐成为行业热点。作为南海海域主要粒状沉积物需要满足海洋能源开发过程对结构基础沉降和稳定性等方面的苛刻要求，因此钙质砂的物理性质、力学性质具有相当大的研究价值与研究前景。

钙质砂颗粒具有强度硬度低、内孔隙比高、且形状极不规则的特点，导致钙质砂在受力状态下因颗粒滑移与破碎而体现出跟常见陆源硅质砂不同的力学行为，使其与海工结构物的相互作用会造成伴随着颗粒破碎的土体构造重组，显著改变土体以及土结界面的力学行为，导致结构物基础受力和变形难以预测。

目前，国内学者主要通过传统的单元体试验对钙质砂土力学性质进行研究，基于常规的三轴试验和剪切试验分析钙质砂颗粒尺寸、相对密实度、排水条件等外部因素对颗粒破碎影响，但颗粒微观特性对宏观力学性质的影响研究通过常规的室内试验往往无法实现。因此，通过CT扫描单轴压缩试验来研究微观特性对钙质砂颗粒破碎的影响，极大地深入了对钙质砂颗粒特性的理解。

对于CT扫描试验，现有试验装备往往将加载过程与扫描过程分离，对于加载过程的原位扫描试验，现有的试验装置尚无法实现。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种一种基于单轴压缩试验的钙质砂颗粒破碎动态监测装置，该装置能够实现钙质砂样本单轴压缩力学特性测试与样本颗粒破碎特性动态监测同时进行。

本发明采用以下技术方案：

一种基于单轴压缩试验的钙质砂颗粒破碎动态监测装置，包括试件定位机构和试件加载机构；

所述试件定位机构包括顶板、环形外壳、刚性护环及底座，所述顶板中央设有内嵌螺孔；所述环形外壳设于顶板和底座之间；所述刚性护环设于环形外壳内部，且固定设于底座中央；所述刚性护环为上下贯穿的空心圆柱体，刚性护环内装有样品；

所述试件加载机构设置包括螺杆和活塞，所述螺杆与顶板通过螺纹连接，所述活塞设于螺杆底部，用于向刚性护环内的样品施加压力；

所述活塞和螺杆之间设有上部测力机构，所述刚性护环底部设有下部测力机构，所述上部测力机构与下部测力机构上下对称。

上述技术方案中，进一步地，所述顶板和底座上均设有预制孔，分别用于上部测力机构的导线和下部测力机构的导线通过。

进一步地，所述螺杆突出顶板上部，通过螺纹连接与顶板中央内嵌螺孔相适应，并且螺杆底部与上部测力机构相接触。

进一步地，所述上部测力机构包括上部力传感器和上部力传感器垫片，所述上部力传感器垫片底部设有一圆形凹槽并在侧面设有一拱形开口以卡合上部力传感器。

进一步地，所述下部测力机构包括下部力传感器、下部力传感器垫片和下部力传感器定位环，下部力传感器设于下部力传感器定位环内，下部力传感器垫片设于下部力传感器上部，所述下部力传感器定位环侧面与刚性护环底部设有同样大小、形状的开口以卡合下部力传感器。

进一步地，所述底座中央设有底座中央凸台，所述刚性护环内径与底座中央凸台直径相同以实现卡合固定。