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原文传递剪应变均匀分布的单剪仪及剪切方法

专利名称：	剪应变均匀分布的单剪仪及剪切方法
摘要：	本发明提出了一种剪应变均匀分布的单剪仪及剪切方法，其中，剪切方法包括安装剪切组件，并将试样装入剪切组件的叠片组、安装竖向加载装置及剪力加载装置、对试样施加竖向载荷以固结试样、安装左侧滑移限位装置及对固结后的试样施加水平载荷以进行剪切，本发明可以精确控制剪切方向，解决现有技术中存在的剪切力方向偏转的问题，可以使试样实现均匀剪切，保证竖向剪应变均匀分布。
专利类型：	发明专利
申请人：	河海大学;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
发明人：	朱俊高;陈鸽;夏勇;罗启迅;沈志文;王涛;蒋炳楠;彭文明;李建;朱材峰;高峰
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-27T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202310931141.4
公开号：	CN117054256A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	孟丽娜;石艳红
分类号：	G01N3/24;G01N3/02;G01N1/28;G01N1/36;G;G01;G01N;G01N3;G01N1;G01N3/24;G01N3/02;G01N1/28;G01N1/36
申请人地址：	210024 江苏省南京市鼓楼区西康路1号;
主权项：	1.一种剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、安装剪切组件（20），并将试样装入剪切组件（20）的叠片组（24）；其中，剪切组件（20）包括小车（22）、叠片限位框（23）和叠片组（24），具体包括以下步骤：步骤1A、组装叠片组（24），其用于为固结后的试样提供剪切空间，其包括沿Z向堆叠的n层叠片（241），具体包括以下步骤：步骤1A1、沿Z向，将n层叠片（241）依次堆叠；步骤1A2、将每层叠片（241）与相邻层的叠片（241）中对应腰孔，插入同一根销钉（242），销钉（242）与每层叠片（241）之间，均形成剪切变形空间；其中，每层叠片（241）上均开设若干沿Y向排列的腰孔；步骤1A3、将最上层叠片（241）上的沿Y向的通孔内，放入一供销钉（242）转动的连接杆，并使得连接杆沿Y向依次穿过每根销钉（242）；步骤1 B、将叠片限位框（23）的基础底板（231）固定于小车（22），将叠片限位框（23）安装于叠片组（24）周围，具体包括以下步骤：步骤1B1、将靠近小车（22）的最下层叠片（241）固定于基础底板（231），以使得最下层叠片（241）可随着小车（22）沿X向移动；步骤1B2、在步骤3固结前，用限位螺钉将最上层叠片（241）可拆卸的固定于叠片限位框（23）的顶面，以防止步骤3固结试样过程中，叠片组（24）沿Z向移动；所述叠片限位框（23）为一可拆卸结构，一是用于步骤1C制样过程，防止叠片组（24）滑移，减小土样扰动，二是用于步骤3中固结试样过程中，为试样提供限位空间，防止试样挤到叠片之间；在步骤4的剪切进行前，其位于X向上的限位构件从基础底板（231）上拆除；步骤1 C、放入试样：在叠片组（24）围成的制样腔内，放入试样；步骤2、安装竖向加载装置（31）及剪力加载装置（33）；其中，竖向加载装置（31）包括加压盖板（311）、竖向荷载加荷杠杆（312）、加载杆（313）；剪力加载装置（33）包括滚轮组和钢丝绳；具体包括以下步骤：步骤2A、安装竖向加载装置（31）：将竖向荷载加荷杠杆（312）沿Z向的上端固定于一杠杆结构，杠杆结构铰接于一支撑架，其沿Z向的下端有一球体连接件，将该球体连接件放入加载杆（313）Z向的上端半圆槽内；最后，将加载杆（313）的下端螺纹连接于加压盖板（311），并使得加压盖板（311）与最上层叠片（241）围成的制样腔配合；步骤2B、安装剪力加载装置（33），具体包括以下步骤：步骤2B1、固定装有滚轮组的安装座；步骤2B2、将钢丝绳绕过滚轮组，并穿过凹形块（321）后与小车连接；步骤3、对试样施加竖向载荷以固结试样，具体包括以下步骤：通过竖向荷载加荷杠杆（312）两端的砝码配置，使得竖向荷载加荷杠杆（312）朝试样一侧倾斜，以通过加压盖板（311）对试样施加竖向荷载，使试样内的水分排出以压缩试样，最终得到固结的试样；其中，固结完成后，加压盖板（311）压实在固结后试样的上表面；同时，加压盖板（311）沿Z向的下端面位于最上层叠片（241）中，以防止在步骤4的剪切过程中，加压盖板（311）限制销钉（242）绕连接杆转动；同时，在固结的过程中，加压盖板（311）随着加载杆（313）沿Z向向下移动；步骤4、安装左侧滑移限位装置（32），其包括凹形块（321）和顶杆顶撑（322），具体包括以下步骤：将凹形块（321）固定于小车和滚轮组之间，将顶杆顶撑（322）固定于凹形块（321）朝向小车的一侧；加压盖板（311）与顶杆顶撑（322）在Z向上滑动连接，以防止在剪切时最上层叠片（241）随着小车（22）沿X向移动，同时消除顶杆顶撑（322）对加压盖板（311）的摩擦力以及加载杆（313）产生的弯矩；步骤5、对固结后的试样施加水平载荷以进行剪切，具体包括以下步骤：步骤5A、保持竖向固结压力不变，以使得与其接触的一部分固结试样在加压盖板（311）施加的压力作用下保持不动；步骤5B、拆除叠片限位框（23）位于X向上的限位构件，并使得最上层叠片（241）与叠片限位框（23）分离；步骤5C、拉动钢丝绳，使与小车（22）连接的最下层叠片（241）受到剪力加载装置（33）传递的拉力；由于销钉（242）是刚性的，销钉（242）的顶部限位于最上层叠片（241），销钉（242）的底部位于最下层叠片（241），最下层叠片（241）被拉动，则销钉（242）发生倾斜使其余层叠片（241）产生均匀位移。 2.根据权利要求1所述的剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，当剪力加载装置（33）不使用时，步骤5中还包括基于水平加载装置（34）进行剪切的步骤，所述水平加载装置（34）包括直线电机（341）和力传感器（342），具体包括以下步骤：首先，将直线电机（341）的机座固定，将力传感器（342）的壳体与直线电机（341）的输出端连接，并使得力传感器（342）的感应端朝向小车（22）；之后启动直线电机（341），当力传感器（342）的感应端接触小车（22）时，启动直线电机（341）关闭以实现将力传感器（342）调零；之后，再次启动直线电机（341），与小车（22）连接的最下层叠片（241）受到水平加载装置（34）传递的推力；由于销钉（242）是刚性的，销钉（242）的顶部限位于最上层叠片（241），销钉（242）的底部位于最下层叠片（241），最下层叠片（241）被推动，则销钉（242）发生倾斜使其余层叠片（241）产生均匀位移。 3.根据权利要求1所述的剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，叠片限位框（23）还包括：两块固定板（232）和两块导向板（233）：两块导向板（233）相对设置并布设于Y向上，并固定在基础底板（231），能对叠片组（24）的Y向进行限位；每块导向板（233）的顶部均设置有限位凸缘（234），限位凸缘（234）朝制样腔方向延伸，并位于最上层叠片（241）的上部；限位凸缘（234）与最上层叠片（241）之间通过限位螺钉（235）实现可拆卸连接；两块固定板（232）相对设置并布设于X向上，并固定在在基础底板（231），能对叠片组（24）的X向进行限位。 4.根据权利要求3所述的剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，限位凸缘（234）与最上层叠片（241）在Z向上具有间隙，以防止剪切时导向板（233）对叠片组（24）产生摩擦。 5.根据权利要求3所述的剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，叠片组（24）与每块导向板（233）之间均具有0.05mm-0.1mm的间距，该间距防止剪切时导向板（233）对叠片组（24）产生侧向摩擦。 6.根据权利要求1所述的剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，每个叠片（241）均呈回字形结构，使得剪切变形后倾覆转动的趋势比正方体或圆柱形试样小。 7.一种剪应变均匀分布的单剪仪，基于权利要求1~6之任一项所述的剪应变均匀分布的剪切方法，其特征在于，包括所述剪切组件（20）、竖向加载装置（31）及剪力加载装置（33）、左侧滑移限位装置（32）。