详情

原文传递一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法

专利名称：	一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法
摘要：	一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，由带槽底座、金属垫圈、土样、销栓I～III、金属底板、螺栓、环刀、护壁圆筒、滤纸、透水板、扭力计、驱动电源、加压盖板、旋切板和滑动圆环共同组成，通过金属垫圈改变旋切板与金属底板的距离，通过驱动电源以不同恒定速率驱动旋切板，并通过扭力计记录剪切荷载，实现在不同旋切距离下以不同速率剪切土样的剪切荷载的测试功能，金属垫圈的设置有效解决了改变旋切板与金属底板微小旋切间距的问题，护壁圆筒的设置有效解决了在试验结束后观察金属底板上土样剪切破坏特征的问题，约束体变的界面附近黏附力分层测试方法是研究界面附近旋切黏附力和黏附差异性特征的一种有效手段。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京林业大学
发明人：	刘成;肖宇豪;张敬宇;殷孝天;黄琳;马天龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910861466.3
公开号：	CN110487717A
分类号：	G01N19/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N19
申请人地址：	210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路159号南京林业大学土木学院3422办公室
主权项：	1.一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置，其特征在于：带槽底座(1)、金属垫圈(2)、土样(3)、销栓I(4)、金属底板(5)、螺栓(6)、环刀(7)、护壁圆筒(8)、滤纸(9)、透水板(10)、扭力计(11)、驱动电源(12)、加压盖板(13)、销栓II(14)、旋切板(15)、滑动圆环(16)和销栓III(17)共同组成；所述旋切板(15)侧边紧靠环刀(7)内侧滑动圆环(16)，消除了旋切时环刀对旋切板(15)的黏附阻力，且叶片间夹角较小，在旋切结束后能带走大量土以清晰观察金属底板(5)上土样(3)的黏附情况，向下与金属垫圈(2)紧密接触，向上依次穿过土样(3)、滤纸(9)、透水板(10)和加压盖板(13)，直至通过扭力计(11)与驱动电源(12)连接，以达到控制旋切速度和读取扭力的目的；所述护壁圆筒(8)通过销栓III(17)安装在带槽底座(1)上，通过销栓II(14)固定上部加压盖板(13)，在试验结束后，同步拆卸下护壁圆筒(8)和旋切板(15)可以清晰地观察残留在金属底板(5)上的土样(3)黏附特征；所述透水板(10)下底面与环刀(7)接触，其间夹带有滤纸(9)、板上预留孔洞以方便试验时旋切板(15)进入土样，在放置土样前将透水板(10)上条缝堵塞，并将土样从环刀(7)压入带槽底座(1)直至与金属底板(5)紧密接触，至旋切前，通过透水板(10)孔洞将旋切板(15)压入土样，并利用销栓II(14)固定透水板(10)上方的加压盖板(13)以维持土样(3)体积恒定，约束旋切过程中的土体发生体变；所述金属垫圈(2)内径略大于金属底板(5)，安装在凹槽底面的开口中，金属底板(5)被销栓I(4)固定在带槽底座上，通过改变金属垫圈(2)高度以达到改变金属底板(5)与旋切板(15)间微小的旋切间距。 2.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，金属垫圈(2)被安装在带槽底座(1)的凹槽中，旋切时与旋切板(15)的底边刚刚接触，接触力较小，金属垫圈(2)上边缘不低于金属底板(5)的顶面高度；更换不同高度的金属垫圈(2)，设置微小的高度变化如：1mm、2mm、3mm、4mm、6mm、8mm和10mm七种尺寸，满足测试微小距离的改变所引起的旋切力变化的功能。 3.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，金属底板(5)通过两个销栓I(4)固定在带槽底座上(1)，并通过加压盖板(13)施加的压力保证在旋切时金属底板(5)与带槽底座(1)紧密接触，通过更换不同材料和光洁度的金属底板(5)，实现不同金属与光洁度下的旋切黏附力测定的功能。 4.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，护壁圆筒(8)通过销栓III(17)被固定在带槽底座(1)上，在试验结束后，可同步拆卸下护壁圆筒(8)和旋切板(15)以方便观察金属底板(5)上的黏附差异性特征。 5.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，加压盖板(13)中心位置留有上下贯通的圆孔；当旋切板(15)插入土中后，允许加压盖板(13)通过中心圆孔穿过旋切板(15)上部的连杆下移，此连杆可以在其后与扭力计(11)相连。 6.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，驱动电源(12)通过扭力计(11)与旋切板(15)上部的连杆相连接，提供不同的恒定旋切速度以测试在不同旋切速度下的旋切荷载。 7.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，扭力计(11)设置在驱动电源(12)与旋切板(15)之间，既可以起到连接键的作用，方便旋切板(15)的安装与拆卸，同时也时刻记录旋切荷载的扭力值大小。 8.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，透水板(10)直径与环刀(7)内径相同，透水板(10)外边缘与环刀(7)内侧的滑动圆环(16)紧密接触；透水板(10)设有条缝以便旋切板(15)穿过透水板(10)向下压入土体进入土体，在旋切板(15)完全进入土体后，用与旋切板(15)相同的材料将透水板的条缝堵塞，防止土颗粒在旋切过程中进入透水板(10)，条缝数量与旋切板(15)的叶片数量一致。 9.根据权利要求1所述的一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试装置和测试方法，其特征在于，滑动圆环(16)设置在环刀内侧，且圆环与环刀的接触面相对光滑且涂有润滑油，圆环内侧与旋切板(15)和土体(3)接触，旋切板(15)旋转带动滑动圆环(16)同步旋转；滑动圆环(16)的设置消除了旋切时环刀对旋切板(15)的黏附阻力，可以忽略旋切板(15)旋切过程中的侧向阻力。 10.一种约束体变的界面附近黏附力分层旋切测试方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种界面局部黏附力分层旋切测试装置开展模型试验，具体步骤如下： (1)按照所需比例配置试验土样(3)，土样(3)配置完成以后，将环刀(7)与环刀垫圈(18)组装，在内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀(7)与环刀垫圈(18)垂直下压，用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样(3)上下表面与环刀(7)与环刀垫圈(18)口齐平； (2)通过调节螺栓(6)的高度将带槽底座(1)水平固定，再将护壁圆筒(8)通过栓III(17)固定在带槽底座(1)上，安装完毕以后，将试验所需金属底板(5)通过销栓I(4)固定在带槽底座(1)上，并将试验所需规格的金属垫圈(2)安插在金属底板(5)外围的凹槽中； (3)取下环刀垫圈(18)，将装有土样(3)的环刀(7)刃口向下放入护壁圆筒(8)，在土样(3)上表面铺设滤纸(9)，再将透水板(10)中的条缝堵塞，并用透水板(10)将环刀(7)内的土样与滤纸(9)压入金属垫圈(2)，直至土样(3)下底面与金属底板(5)紧密接触； (4)取出透水板(10)中的条缝堵塞，将旋切板(15)从土样(3)上方，垂直向下穿过透水板(10)的条缝插入土样，直至无法继续向下移动，使旋切板下边缘与金属垫圈(2)刚刚接触，接触压力不大； (5)旋切板(15)安装完毕后，通过加压盖板(13)中心位置预留的孔洞，将加压盖板(13)整个穿过旋切板(15)至护壁圆筒(8)上方，轻微挤压土体，使透水板(10)上表面与加压盖板(13)下表面紧密接触，并通过销栓H(14)固定在护壁圆筒(8)上； (6)将扭力计(11)一端与旋切板(15)上部的连杆相连，另一端与驱动电源(12)相连，驱动电源(12)根据试验需要设置不同的旋切速度，试验开始后，先打开扭力计(11)，记录旋切板(15)因旋切土体所带来的扭力值，确定旋切黏附力的变化曲线和峰值Pmax，再打开驱动电源，观察扭力值大小，当扭力值开始减小并趋于恒定值Pf时，关闭驱动电源，旋切试验结束，当旋切间距较大时(10mm)对旋切黏附力影响较小，此时可认为旋切板旋切柱体上下底面旋切应力相同为P10，同时因滑动圆环的设置，旋切柱体侧面旋切应力可忽略，故切应力r为旋切叶片单侧半径； (7)旋切结束后，拆除扭力计，随后拆除销栓III(17)，将护壁圆筒(8)连同其中的土样一并移除，观察并拍摄记录金属底板(5)上的土样黏附情况。
所属类别：	发明专利