[实用新型]可视化测量冻土平面应变的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可视化测量冻土平面应变状态下剪切带和局部应变发展过程的装置。

背景技术

平面应变试验主要进行平面应变条件下土体应力应变关系、剪切带的发展过程和剪切破坏机理的研究。平面应变状态下岩土体的物理力学特性是一个典型的岩土工程问题，普遍存在于线性工程中，例如挡土墙、路基和条形基础。在寒区岩土工程中平面应变问题也相当普遍，如我国修建于多年冻土地区的青藏公路和青藏铁路等线性工程均处于平面应变状态。

从上世纪50年代开始，国内外研究者开展了大量平面应变试验研究，研制了多种类型的平面应变仪。尽管各种设备由于试验目的不同，其具体结构和功能也不尽相同，但作为平面应变仪它们最基本的结构框架是相同的，即：通过使用刚性约束，限制土样在一个主应力方向上的应变为零。在此基础上，研究者通过试验研究平面应变状态下土体的应力应变状态、强度、土体剪切带的发展和破坏机理。对应力应变状态和强度的测量手段均与常规三轴试验相同。而对土体剪切带的发展和破坏机理的研究，平面应变试验起到了极大的推动作用。人们使用立体影像技术（Stereophotogrammetry）、X射线技术（X-rayTomography）以及数字图像修正技术（DigitalImageCorrelation）实现了土体剪切破坏过程中剪切带发展的可视化和数值化。基于这些技术，研究者可以直观的研究土体剪切带发展过程，揭示土体剪切破坏机理。以上提到的仪器均是针对融土进行的平面应变试验研究，而对于冻土处于平面应变状态的物理力学特性的试验研究，尚未发现相关报道。因此，迫切需要一种可视化的平面应变装置来测量冻土平面应变状态下的其力学行为、剪切带和局部应变的发展规律。

要测量冻土平面应变状态下剪切带和局部应变发展的试验，首先要保证土样处于低温状态，其次冻土试验所需的压力级别远高于融土试验，这极大地增加了仪器结构的复杂性和仪器功能实现的难度。

发明内容

鉴于上述，本实用新型的目的在于提供一种可视化测量冻土平面应变的装置，即利用该装置观察冻土平面应变状态下剪切带和局部应变发展的过程。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种可视化测量冻土平面应变的装置，主要是由传动钢梁、滚珠丝杠、轴向压力传感器、保温护罩、压力舱、冷液循环管、围压加载系统、滑动底板、试样、有机玻璃板、顶端承压板、轴向加载轴、压力舱冷浴、温度传感器、位移传感器、保温护罩有机玻璃视窗、压力舱钢化玻璃视窗、约束板固定螺栓和相机组成。压力舱为中空结构，内部设有冷液循环管，顶部设有排气阀，压力舱外围有保温护罩，保温护罩的一侧开有压力舱钢化玻璃视窗和有机玻璃视窗，相机正对压力舱钢化玻璃视窗和有机玻璃视窗；试样置放在压力舱内，试样一侧装有温度传感器，左右两侧由两块有机玻璃板约束，试样上下两端置有顶端承压板和滑动底板，滑动底板中装有位移传感器，两块有机玻璃板由固定螺栓夹紧，并坐落在承压底座上；压力舱外围，上顶端承压板与轴向加载轴相连，轴向加载轴端部轴向压力传感器通过附在钢架上的滚珠丝杠与传动钢梁接触，滚珠丝杠底部与加压马达连接，压力舱冷浴通过导管与冷液循环管连接，围压加载系统中的加压马达通过液压油传送管与压力舱联通，液压油传送管上装有围压传感器；压力舱冷浴、围压加载系统和控制器分别通过导线相连，轴向压力传感器、围压传感器、温度传感器、位移传感器通过导线与控制器相连，控制器与计算机相连。

本实用新型与现有技术相比，其优点是：

1、传统平面应变仪的压力舱不具备温度控制功能，本实用新型在控制冻土试样的温度处于恒定负温和平面应变的状态下，对其施加恒定的轴向压力（应变速率）和围压同时观测试样在加载过程中剪切带和局部应变的发展过程。所采用的压力舱为中空结构，内部设有冷液循环管，通过与冷液循环管连接的压力舱冷浴对压力舱内温度进行控制，用于低温平面应变试验；

2、压力舱和保温护罩均设有透明视窗（即双层视窗），视窗使用高强度钢化玻璃以及耐高压密封条，能够显著提高压力舱相对于融土试验的承压能力。以便试验过程中拍摄试样变形发展的图片，能够实现低温下冻土平面应变状态下剪切单和局部应变的可视化测量。

附图说明

图1本实用新型示意图。

图2是图1中压力舱侧立面剖视图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型的技术方案再作进一步的说明：