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专利号: 2021103251124
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种滑带强度测试直剪试验仪,包括剪切盒、水平加载系统、法向加载系统和测量系统,其特征在于:所述剪切盒包括下剪切盒和上剪切盒,所述下剪切盒和所述上剪切盒之间具有剪切缝,且所述下剪切盒的开口面积大于所述上剪切盒的开口面积;所述水平加载系统和所述法向加载系统分别作用于所述下剪切盒和所述上剪切盒,所述法向加载系统包括n级放大杠杆组,所述n级放大杠杆组包括n个动力臂与阻力臂之比大于1的放大杠杆机构,所述n级放大杠杆组中,第i级放大杠杆机构的阻力臂作用于第i+1级放大杠杆机构的动力臂,其中n≥2,1≤i≤n;所述n级放大杠杆组中,第一级所述放大杠杆机构的动力臂上设置有滑轨、配重机构和调节组件,所述滑轨安装于第一级所述放大杠杆机构的动力臂上,所述配重机构滑动安装于所述滑轨上,并且所述配重机构可在所述调节组件的驱动下沿所述滑轨移动,以使第一级所述放大杠杆机构的动力臂可调;所述调节组件包括伺服电机及其驱动的直线伸缩机构,所述直线伸缩机构作用于所述配重机构;所述测量系统包括控制器和法向应力传感器,所述控制器包括电机控制单元,所述伺服电机与所述电机控制单元电连接,当所述法向应力传感器的检测信号传输至所述控制器后,所述电机控制单元以脉冲形式控制所述伺服电机旋转相应的角度,以形成法向应力闭环反馈控制系统;

其中,所述法向应力闭环反馈控制系统基于所述法向应力传感器的应力反馈,控制所述伺服电机在试验过程中实时微调第一级所述放大杠杆机构的动力臂,以精准调控所述动力臂,使得试验过程中所述剪切盒承受的法向应力始终等于试验预设应力。

2.如权利要求1所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:沿所述水平加载系统的加载方向,所述下剪切盒的内槽的长度大于所述上剪切盒的内槽的长度。

3.如权利要求2所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:沿所述水平加载系统的加载方向,所述上剪切盒的盒壁的厚度大于所述下剪切盒的盒壁的厚度,以使所述下剪切盒与所述上剪切盒的外部齐平。

4.如权利要求1所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:所述下剪切盒为单侧开口的凹槽,所述上剪切盒包括双侧开口的盒体以及顶板,所述顶板安装于所述盒体的其中一个开口中,所述盒体的另一个开口与所述下剪切盒的开口相对;

所述下剪切盒和所述上剪切盒之间设置有可相对移动的第一滚轮和导槽;所述下剪切盒的下方设置有可相对移动的第二滚轮和导轨;所述导槽和所述导轨的轴向均平行于所述水平加载系统的加载方向。

5.如权利要求4所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:所述顶板上设置有匀力装置,所述n级放大杠杆组的输出阻力臂与所述匀力装置连接;

所述顶板呈方型,包括两相对的第一侧边以及两相对的第二侧边;所述匀力装置为弧形板,所述弧形板与所述顶板的两第一侧边的接触边界线均位于所述第一侧边的四等分点;

所述n级放大杠杆组设置有两个,两个所述n级放大杠杆组的输出阻力臂分别作用于所述弧形板上,且沿所述顶板的第二侧边方向,两个作用点分别位于所述第二侧边的两个四等分点上。

6.如权利要求1所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:所述法向加载系统还包括空间排架,所述n级放大杠杆组中各个放大杠杆机构的支点分别设置于所述空间排架上。

7.如权利要求1‑6中任一项所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:所述配重机构包括砝码、托盘和连杆,所述砝码置于所述托盘中,所述托盘通过所述连杆与所述滑轨滑动连接。

8.如权利要求7所述的滑带强度测试直剪试验仪,其特征在于:所述水平加载系统包括伺服千斤顶;所述测量系统包括水平应力传感器、水平位移传感器、法向位移传感器、接触式滤纸和孔隙水压力计,所述水平应力传感器、所述法向应力传感器、所述水平位移传感器、所述法向位移传感器、所述孔隙水压力计、所述伺服千斤顶和所述伺服电机分别与所述控制器电连接。

9.一种基于权利要求1‑8中任一项所述滑带强度测试直剪试验仪的直剪试验方法,其特征在于,包括如下步骤:

S1:在所述剪切盒中放入滑带原状试样,调整所述滑带原状试样的法向位置,以使所述滑带原状试样的滑动面与所述下剪切盒的顶面齐平;

S2:将所述上剪切盒与所述下剪切盒锁定,完成所述水平加载系统、所述法向加载系统与所述剪切盒的连接,并确保所述法向加载系统的法向力作用点沿竖直方向,将所述上剪切盒固定;

S3:通过改变所述n级放大杠杆组的动力大小、动力臂大小、阻力臂大小中的至少一个,调整所述法向加载系统的法向加载力,向所述剪切盒施加法向荷载,将所述上剪切盒与所述下剪切盒解除锁定;通过所述水平加载系统向所述剪切盒施加水平载荷,开始直剪试验;

S4:直剪试验过程中,根据滑带所处实际应力情况选择固结或不固结,根据滑带所处实际渗流情况选择排水或不排水,同时利用所述测量系统实时采集剪切过程中的试验数据;

并且所述直剪试验过程中;所述法向应力闭环反馈控制系统基于所述法向应力传感器的应力反馈,控制所述伺服电机在试验过程中实时微调第一级所述放大杠杆机构的动力臂,以精准调控所述动力臂,使得试验过程中所述剪切盒承受的法向应力始终等于试验预设应力;

S5:当检测到残余强度或者水平位移超过定值d时,当次试验停止,其中d值由滑带达到残余强度所需位移统计数据确定。