大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪的利记博彩app
【专利摘要】本发明属岩土工程【技术领域】，具体涉及一种大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪。由底座、前后固定支架、横纵向悬挂梁、悬挂杆、激振器（油缸、支座、传力杆、卡口）、竖向压力器、顶板、支撑柱、加载板、侧限框、测试土样和土工合成材料、抽出板、钢滚条组、水平底座、伺服系统、油压系统、电脑控制系统组成。前后固定支架与悬挂梁固定激振器，顶板、支撑柱和水平底座构成框架并固定竖向压力器和加载板，其余部件构成剪切盒。通过电脑控制系统、油压系统控制激振器和抽出板振动，通过伺服系统监测应力应变指标。本发明可测定任意振动波形作用下土工合成材料界面的动力剪切特性，该仪器还能通过更换部件测试多种界面，实现其他试验目的。
【专利说明】大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪
【技术领域】
[0001]本发明属岩土工程【技术领域】，具体涉及一种大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪，可以实现多种土工材料界面动力直接剪切试验。
【背景技术】
[0002]土工合成材料是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料的工业制成品，我国《土工合成材料应用技术规范GB50290-98》将土工合成材料分为土工织物、土工合成材料、土工特种材料和土工复合材料、土工网、玻纤网、土工垫等类型。土工合成材料被广泛应用于垃圾填埋场及低矮建筑物基础底部的作为衬垫系统，起到隔离污染物泄漏的作用，在地震灾害发生时，土工合成材料复合衬垫系统会起到复杂的隔震作用。然而，土工合成材料的剪切强度普遍较低，在地震动力作用下会沿着复合衬垫的界面发生复杂的相对运动，目前尚不能用理论解释或数值方法模拟这种现象。土工合成材料复合衬垫系统的抗震设计缺少必要的理论依据，存在较大的盲目性和不确定性。目前主要采取循环剪切法和直接剪切法来测取土工合成材料的剪切强度，然而这两类方法不能模拟地震作用下地震波加速度的不规则性和瞬时性等特性。振动形式可控的动力直剪仪可以精确研究在复杂地震波激振作用下土工合成材料复合衬垫界面的动力剪切情况,并测得动力条件下土工合成材料复合衬垫界面的动剪切强度，进而深入研究地震作用下考虑衬垫系统作用的填埋场动力稳定机理。由于缺乏能够实现复杂随机振动输入的直剪仪装置，这方面的研究难以进行，亟需研制能够实现复杂随机振动输入的土工材料界面动力直剪仪装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪。
[0004]本发明提出的大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪，由仪器底座1、激振系统、动力激振输入系统、正压力施加系统和压力盒系统组成，其中:
仪器底座I作为整个多功能试验平台的底部固定系统，激振系统、动力激振输入系统、正压力施加系统和压力盒系统均位于仪器底座I上方；
激振系统由激振器后固定支架2、激振器前固定支架3、纵向悬挂梁4、横向悬挂梁5、激振器悬挂固定杆6、激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9和连接卡口装置10组成，激振器后固定支架2、激振器前固定支架3为预制的钢制焊接构建，通过高强螺栓固定于仪器底座I上；两根纵向悬挂梁4和两根横向悬挂梁5焊接构成上部悬挂梁部件，纵向悬挂梁4两端通过螺栓与激振器前固定支架2和激振器后固定支架3连接固定在一起；激振器悬挂固定杆6穿过横向悬挂梁5中部且用螺栓固定，通过调节螺栓可以实现激振器悬挂固定杆6的上下调节，激振器悬挂固定杆6下端与动力激振器油缸8固定；激振器固定支座7是位于动力激振器油缸8的后部水平固定装置，其通过高强螺栓固定于激振器后固定支架2内侧，动力激振器油缸8连接激振器传力杆9，激振器传力杆9 一端设有激振器传力杆连接卡口装置10 ； 动力激振输入系统由激振器伺服系统23、油压输送控制系统24和电脑调节控制系统25组成，激振器伺服系统23、油压输送控制系统24和电脑调节控制系统25分别连接动力激振器油缸8，激振器伺服系统23通过油压阀门和传感器监测并控制动力激振器油缸8的运行，油压输送控制系统24为激振器油缸8的运行提供稳定可控的油源，伺服系统23和油压系统24由可视化的电脑调节控制系统25进行最终控制；
压力盒系统由压力盒加载板15、侧限固定框16、测试土样17、测试土工合成材料18和动抽出板19组成，测试土工合成材料18紧贴于动抽出板19的上表面上；压力盒加载板15、侧限固定框16和动抽出板19构成的长方体空间内填充有测试土样17 ;动抽出板19 一端连接激振器传力杆连接卡口装置10 ;取下侧限固定框16后，加上第二层土工合成材料22构成改装压力盒，第二层土工合成材料22紧贴于压力盒加载板15下表面；
正压力施加系统由竖向压力器油缸11、固定支撑顶板12、竖向压力器传力杆13、竖向支撑柱14和水平底座21组成，水平底座21通过高强螺栓固定于仪器底座I上，4根竖向支撑柱14通过螺栓分别与水平底座21和支撑顶板12固定形成框架，固定支撑顶板12为有肋板的构件，竖向压力器油缸11安装于固定支撑顶板12顶部的中心位置，压力器传力杆13连接压力盒加载板15 ;水平底座21上设置钢滚条组20，使得安置在钢滚条组20上的动抽出板19的下表面受到的摩擦可忽略。
[0005]本发明中，横向悬挂梁5有2根，每根横向悬挂梁上分布安装2根激振器悬挂固定杆6，共有4根激振器悬挂固定杆6，分别位于激振器油缸的四个对称悬挂点位置。
[0006]本发明中，竖向支撑柱14共有4根,竖向支撑柱下端固定在仪器底座I上,上端与支撑顶板12构成刚性支撑框架。
[0007]本发明中，当取下侧限固定框16后，加上第二层土工合成材料22即构成改装压力盒，第二层土工合成材料22紧贴于压力盒加载板15下表面。
[0008]本发明的工作过程:
本发明为多功能试验仪器，不同试验目的和功能对应于不同的工作过程，下面简述土工合成材料-土界面动直接剪切试验、双土工合成材料界面动直接剪切试验的工作过程。
[0009]1、土工合成材料-土界面动直接剪切试验的工作过程如下:将土工合成材料18贴附于动抽出板19的上表面，在土工合成材料18上放置侧限固定框16。在测试土工合成材料18与侧限固定框形成的长方体槽填入测试土样17。操作电脑数控系统25和油压控制系统24,控制竖向压力器油缸11启动,推动竖向压力器传力杆13和加载板15向下运行并垂直压覆在测试土样上表面，控制电脑数控系统25和油压控制系统24，使施加的正压力达到实验设定值。操作电脑数控系统25和油压控制系统24，将设定的激振波形油压控制系统24通过油压的控制转变为激振器油缸8活塞的机械振动，通过激振器传力杆9带动抽出板19及贴附在其上的测试土工合成材料18 —起振动，与静止的侧限固定框16及固定框内的测试土样17的下表面发生剪切。通过伺服系统23监测对应于剪切过程中不同时刻的应力、应变指标，具体的传感器设置方案按具体试验要求而定。参照图广图6。
[0010]2、双土工合成材料界面直接剪切试验模式的工作过程如下:将测试土工合成材料18贴附于动抽出板19的上表面,将测试土工合成材料22贴附于压力加载板15的下表面，控制电脑数控系统25和油压控制系统24，使压力加载板15下表面的土工合成材料22与抽出板19上表面的土工合成材料18接触形成剪切界面，继续增大正压力并达到实验设定值。操作电脑数控系统25和油压控制系统24，将设定的激振波形油压控制系统30通过油压的控制转变为激振器油缸8活塞的机械振动，通过激振器传力杆9带动动抽出板19及贴附在其上的测试土工合成材料18 —起振动，与贴附于加载板15下表面的测试土工合成材料22发生剪切。通过伺服系统23监测剪切过程中对应于不同时刻的应力、应变指标，具体的传感器设置方案按具体试验要求而定。
[0011]本发明的有益效果:
本发明装置的最大优点是实现了在设定任意波形振动的激励下，土工合成材料-土界面和双土工合成材料界面的动力剪切应力应变性质的测定，解决了现有大型直接剪切仪只能测得静力剪切性质的不足，填补了目前对土工合成材料界面剪切性质测试的研究空白。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的示意图。
[0013]图2为本发明的前视图。
[0014]图3为本发明的左视图。
[0015]图4为本发明的右视图。
[0016]图5为本发明的俯视图。
[0017]图6为本发明的土-土工合成材料界面剪切盒的示意图。
[0018]图7为本发明的双土工合成材料界面剪切盒的示意图。
[0019]图中标号:1为底座，2为激振器后固定支架，3为激振器前固定支架，4为纵向悬挂平衡梁，5为横向悬挂梁，6为激振器悬挂固定杆，7为激振器固定支座，8为动力激振器油缸，9为激振器传力杆，10为激振器传力杆连接卡口装置，11为竖向压力器油缸，12为竖向压力装置固定支撑顶板，13为竖向压力器传力杆，14为竖向支撑柱，15为压力盒加载板，16为压力盒侧限固定框，17为测试土样，18为测试土工合成材料，19为动抽出板，20为钢滚条组，21为剪切部分水平底座，22为第二层土工合成材料，23为激振器伺服系统，24为油压输送控制系统，25为电脑调节控制系统。
【具体实施方式】
[0020]本发明为多功能试验仪器，不同试验目的和功能对应于不同的工作过程，下面通过实施例进一步描述本发明。
[0021]实施例1
如图1-图7所示，装置由仪器底座1、激振器后固定支架2、激振器前固定支架3、纵向悬挂梁4、横向悬挂梁5、激振器悬挂固定杆6、激振器固定支座7、激振器油缸8、激振器传力杆9、连接卡口装置10、竖向压力器油缸11、固定支撑顶板12、竖向压力器传力杆13、竖向支撑柱14、加载板15、侧限固定框16、测试土样17、测试土工合成材料18、动抽出板19、钢滚条组20、水平底座21、第二层测试土工合成材料22组成，此外还包括激振器伺服系统23、油压输送控制系统24、电脑调节控制系统25。其中，仪器底座I作为整个多功能试验平台的底部固定系统。激振器后固定支架2、激振器前固定支架3、纵向悬挂梁4、横向悬挂梁5、激振器悬挂固定杆6、激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9、连接卡口装置10组成激振系统。激振器后固定支架2、为激振器前固定支架3为预制的钢制焊接构建，用高强螺栓固定于底座I上；两根纵向悬挂梁4和两根横向悬挂梁5焊接构成上部悬挂梁系统，通过螺栓与激振器前后固定支架2、3连接固定在一起；4根钢制激振器悬挂固定杆6分别穿过在两根横向悬挂梁5中部且用螺栓固定，通过调节可以实现悬挂固定杆的上下调节，悬挂固定杆6的下端与动力激振器油缸8固定。激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9、激振器传力杆连接卡口装置10、激振器伺服系统23、油压输送控制系统24、电脑调节控制系统25组成了动力激振输入系统。激振器固定支座7是动力激振器油缸8的后部水平固定装置，通过高强螺栓固定在激振器后固定支架2内侧钢板上，激振器传力杆9通过激振器传力杆连接卡口装置10连接振动输出装置，激振器伺服系统23通过油压阀门和传感器监测并控制动力激振器油缸8的运行，油压输送控制系统24为激振器油缸8的运行提供稳定可控的油源，伺服系统和油压系统由可视化的电脑调节控制系统25进行最终控制。竖向压力器油缸11、固定支撑顶板12、竖向压力器传力杆13、竖向支撑柱14、加载板15和水平底座21组成正压力施加系统。水平底座21为钢制矩形底座通过高强螺栓固定在仪器底座I上，作为正压力施加系统的底座；4根竖向支撑柱14通过螺栓分别与水平底座21和支撑顶板12固定形成框架，竖向压力装置固定支撑顶板12为有肋板的钢制构件，竖向压力器油缸11安装在顶板12的中心位置，压力器传力杆13连接压力盒加载板15 ;在水平底座21上设置钢滚条组20，使得安置在钢滚条组20上的动抽出板19的下表面受到的摩擦可以忽略。加载板15、侧限固定框16、测试土样17、测试土工合成材料18、动抽出板19、组成压力盒系统，如图6所示。测试土工合成材料18紧贴在动抽出板19的上表面上；压力盒加载板15、侧限固定框16和贴附测试土工合成材料18的动抽出板19构成的长方体空间内填充测试土样17。取下侧限固定框16后，加上第二层土工合成材料22构成改装压力盒，如图7所示。第二层土工合成材料22紧贴在压力盒加载板15下表面。
[0022]横向悬挂梁5有2根,每根横向悬挂梁上分布安装2根激振器悬挂固定杆6,共有
4根激振器悬挂固定杆6，分别位于激振器油缸的四个对称悬挂点位置。
[0023]竖向支撑柱14共有4根，竖向支撑柱下端固定在仪器底座I上，上端与支撑顶板12构成刚性支撑框架。
[0024]仪器底座1:由两根3000mm长的HN 700X300X13X24号H型钢构成，横向用20mm厚度钢板和高强螺栓固定连接；激振器后固定支架2:纵向长度200mm、横向宽600mm、高度500_的钢制支撑构件，用钢板焊接而成，用高强螺栓与仪器底座I固定；激振器前固定支架3:与激振器后固定支架尺寸相同，在竖向钢板的中下位置处开一个280mmX 200mm的孔洞，以让激振器传力杆穿过；纵向悬挂梁4:为长度IOOOmm的HN 100X50X5X7号H型钢，两端焊接有固定钢块，用高强螺栓与激振器前后固定支架2、3固定连接；横向悬挂梁5:为480mm长的8号槽钢，槽口向下固定于纵向悬挂梁4的上方，用高强螺栓与纵向悬挂梁4连接固定；激振器悬挂固定杆6:为长度400mm、直径20mm的圆形车制高强钢杆件；激振器固定支座7、激振器油缸8、激振器传力杆9:为美国MTS公司提供的配套元件；连接卡口装置10:为长度200mm、宽度120mm、高120mm的高强钢材车制的构件，卡口固定处用
2个20mm直径的高强螺栓固定；竖向压力器油缸11、竖向压力器传力杆13:为长春机械科学研究院集团有限公司提供的配套元件；固定支撑顶板12:为长宽700mmX700mm，用20mm厚钢板焊接的构件；竖向支撑柱14:为长度960mm, IOOmmX IOOmm的方钢；加载板15:为IIOOmmX340mmX35mm的钢制构件,上部有焊接肋板；侧限固定框16:用钢板焊接制成的框内尺寸为1050mmX350mm的框形钢制构件；动抽出板19:为宽度350mm、长度1450mm的15mm厚钢板，动抽出板19上表面为机械蚀刻的密集刻纹，在较大正压力下，可以保证测试土工合成材料与其不产生相对位移；钢滚条组20:由一组15_直径刚条和配套油槽组成，用高强螺栓固定在水平底座21上；水平底座21:为1100mmX800mm的20mm厚钢板，用高强螺栓与底座I固定连接。
[0025]将上述装置用于测试土样剪切盒直接剪切试验模式，其工作过程如下:将尺寸为1250mmX400mm 土工合成材料18贴附于动抽出板19的上表面，在土工合成材料18上放置侧限固定框16,侧限固定框16由20mm厚的钢板制成内部尺寸为1050mmX 350mm矩形框形结构，侧限固定框高度为120_。在测试土工合成材料18与侧限固定框形成的长方体槽填入测试土样17，测试土样17的填入深度依照试验要求设定。操作电脑数控系统25和油压控制系统24,控制竖向压力器油缸11启动,推动竖向压力器传力杆13和加载板15向下运行，使加载板15垂直压覆在测试土样上表面，并与土工合成材料18、侧限固定框16形成对测试土样17的全民包裹,加载板15的下表面尺寸为1050mmX 350mm,控制电脑数控系统25和油压控制系统24，使加载板15施加的正压力达到实验设定值。将抽出板19与激振器传力杆9通过钢制传力杆固定装置10用螺栓牢固连接，操作电脑数控系统25和油压控制系统24，将设定的激振波形通过油压控制系统24对油压的控制转变为激振器油缸8活塞的机械振动,通过激振器传力杆9带动动抽出板19及贴附在其上的测试土工合成材料18 —起振动，与静止的侧限固定框16及固定框内的测试土样17的下表面发生剪切。通过伺服系统23监测剪切过程中对应于不同时刻的应力、应变指标，具体的传感器设置方案按具体试验要求而定。在整个振动剪切过程中，保证动抽出板19上贴附的测试土工合成材料18始终完全覆盖试验土样17的下表面。参照图广6，本领域的技术人员均能顺利实施。
[0026]实施例2
将实施例1所述装置用于测试双土工合成材料界面直接剪切试验模式，其工作过程如下:将尺寸为1250mmX350mm的测试土工合成材料18贴附于动抽出板19的上表面，将尺寸为1050mmX350mm的测试土工合成材料贴附于压力加载板15下表面,控制电脑数控系统31和油压控制系统30，使压力加载板15下表面的土工合成材料22与动抽出板19上表面的土工合成材料18接触形成剪切面，继续增大施加的正压力并达到实验设定值。将抽出板19与激振器传力杆9通过钢制传力杆固定装置10用螺栓牢固连接，操作电脑数控系统25和油压控制系统24，将设定的激振波形通过油压控制系统24对油压的控制转变为激振器油缸8活塞的机械振动，通过激振器传力杆9带动动抽出板19及贴附在其上的测试土工合成材料18 —起振动,与贴附于加载板15下表面的测试土工合成材料22发生剪切。通过伺服系统23监测剪切过程中对应于不同时刻的应力、应变指标，具体的传感器设置方案按具体试验要求而定。在整个振动剪切过程中,保证动抽出板19上贴附的测试土工合成材料18始终完全覆盖测试土工合成材料22的下表面。参照图f 5及图7，本领域的技术人员均能顺利实施。
【权利要求】
1.一种大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪，由仪器底座(1)、激振系统、动力激振输入系统、正压力施加系统和压力盒系统组成，其特征在于: 仪器底座(1)作为整个多功能试验平台的底部固定系统，激振系统、动力激振输入系统、正压力施加系统和压力盒系统均位于仪器底座(1)上方； 激振系统由激振器后固定支架(2)、激振器前固定支架(3)、纵向悬挂梁(4)、横向悬挂梁(5)、激振器悬挂固定杆(6)、激振器固定支座(7)、动力激振器油缸(8)、激振器传力杆(9)和连接卡口装置(10)组成，激振器后固定支架(2)、激振器前固定支架(3)为预制的钢制焊接构建，通过高强螺栓固定于仪器底座(1)上；两根纵向悬挂梁(4)和两根横向悬挂梁(5)焊接构成上部悬挂梁部件，纵向悬挂梁(4)两端通过螺栓与激振器前固定支架(2)和激振器后固定支架(3)连接固定在一起；激振器悬挂固定杆(6)穿过横向悬挂梁(5)中部且用螺栓固定，通过调节螺栓可以实现激振器悬挂固定杆(6)的上下调节，激振器悬挂固定杆(6)下端与动力激振器油缸(8)固定；激振器固定支座(7)是位于动力激振器油缸(8)的后部水平固定装置，其通过高强螺栓固定于激振器后固定支架(2)内侧，动力激振器油缸(8)连接激振器传力杆(9)，激振器传力杆(9) 一端设有激振器传力杆连接卡口装置(10)； 动力激振输入系统由激振器伺服系统(23)、油压输送控制系统(24)和电脑调节控制系统(25)组成，激振器伺服系统(23)、油压输送控制系统(24)和电脑调节控制系统(25)分别连接动力激振器油缸(8)，激振器伺服系统(23)通过油压阀门和传感器监测并控制动力激振器油缸(8)的运行，油压输送控制系统(24)为激振器油缸(8)的运行提供稳定可控的油源，伺服系统(23) 和油压系统(24)由可视化的电脑调节控制系统(25)进行最终控制； 压力盒系统由压力盒加载板(15)、侧限固定框(16)、测试土样(17)、测试土工合成材料(18)和动抽出板(19)组成，测试土工合成材料(18)紧贴于动抽出板(19)的上表面上；压力盒加载板(15)、侧限固定框(16)和动抽出板(19)构成的长方体空间内填充有测试土样(17);动抽出板(19) 一端连接激振器传力杆连接卡口装置(10);取下侧限固定框(16)后，加上第二层土工合成材料(22)构成改装压力盒，第二层土工合成材料(22)紧贴于压力盒加载板(15)下表面； 正压力施加系统由竖向压力器油缸(11)、固定支撑顶板(12)、竖向压力器传力杆(13)、竖向支撑柱(14)和水平底座(21)组成，水平底座(21)通过高强螺栓固定于仪器底座(1)上，4根竖向支撑柱(14)通过螺栓分别与水平底座(21)和支撑顶板(12)固定形成框架，固定支撑顶板(12)为有肋板的构件，竖向压力器油缸(11)安装于固定支撑顶板(12)顶部的中心位置，压力器传力杆(13)连接压力盒加载板(15);水平底座(21)上设置钢滚条组(20)，使得安置在钢滚条组(20)上的动抽出板(19)的下表面受到的摩擦可忽略。
2.根据权利要求1所述的大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪，其特征在于横向悬挂梁(5)有2根，每根横向悬挂梁上分布安装2根激振器悬挂固定杆(6)，共有4根激振器悬挂固定杆出)，分别位于激振器油缸的四个对称悬挂点位置。
3.根据权利要求1所述的大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪，其特征在于竖向支撑柱(14)共有4根，竖向支撑柱下端固定在仪器底座(1)上，上端与支撑顶板(12)构成刚性支撑框架。
4.根据权利要求1所述的大型多功能土工合成材料界面动力直剪仪，其特征在于当取下侧限固定框(16)后，加上第二层土工合成材料(22)即构成改装压力盒，第二层土工合成材料(22)紧贴于压力盒 加载板(15)下表面。
【文档编号】G01N3/24GK104034607SQ201410243598
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】冯世进, 沈阳 申请人:同济大学