[发明专利]一种复杂应力下双珠胶结模型的加载装置

说明书

本发明公开了一种复杂应力下双珠胶结模型的加载装置，包括底板、滚轴、试样垫块、下垫块、上垫块、第一传感器组、第二传感器组和连接件。滚轴设置在底板上；下垫块设置在滚轴上，其端部与水平载荷反力端连接；上垫块设置在下垫块上方，其端部与水平载荷输出端连接；试样垫块分别设置在第三凹槽和第五凹槽内，并分别与下垫块和上垫块固定连接；连接件的一端插入第四凹槽内并与上垫块铰接，另一端与线性导轨端连接；双珠胶结模型设置在上垫块与下垫块之间，分别与上下垫块上的试样垫块固定连接；滚轴、试样垫块、连接件同轴设置。在使用时需要安装在双轴加载设备上，通过加载不同的竖直荷载、水平荷载测试双珠胶结模型在复杂应力状态下的力学特性。

技术领域

本发明涉及岩土工程实验设备技术领域，尤其涉及一种复杂应力下双珠胶结模型的加载装置。

背景技术

天然胶结砂作为典型的结构性土体材料广泛应用于实际工程中。目前，针对胶结砂力学行为的研究大多停留在宏观层面，缺乏对其内部颗粒相互作用机理的认识，对颗粒尺度下胶结砂的破碎行为与宏观力学响应的联系尚不明确。这从本质上限制了我们对胶结砂等结构性土体的全面认识。只有由现象到本质，由宏观到微观深刻掌握胶结砂内部结构演化规律及损伤机制，我们才能提出从根本上应对实际工程中相关灾害的防治措施。因此，开展胶结砂颗粒的破碎模式及其微观损伤机制研究，掌握微观胶结砂颗粒的真实力学性质，对进一步完善结构性土的多尺度力学机理研究乃至岩土工程建设具有重要的理论价值和现实意义。

在文献“蒋明镜,孙渝刚,李立清,复杂应力下两种胶结颗粒微观力学模型的试验研究,岩土工程学报,2011b,33(3):354-360”中蒋明镜等制作了一个理想类双颗粒接触胶结模型。在此模型中，胶结颗粒被理想化为两根相同的圆截面铝棒，接触位置由环氧树脂粘结成整体。他们进一步研发出用于在此接触模型上施加法向力，切向力及力矩的加载设备。实验结果表明，两根胶结铝棒的失效模式取决于二者的胶结方式：对于接触粘结,在法向压缩试验中力-位移曲线表现出应变硬化，在剪切试验中，该曲线表现出弹脆塑性。而对于平行粘结，力-位移曲线在压缩试验中呈现出应变软化趋势，在剪切试验中表现出弹塑性软化。在受扭试验中，他们注意到无论对于接触粘结还是平行粘结模型，力矩-转动角关系曲线都呈现弹塑性软化。在剪切和受扭试验中，胶结金属棒的峰值强度都与施加的法向力呈正相关，这种关系对于接触粘结模型更为显著。

在文献“蒋明镜,金树楼,刘蔚,刘俊,粒间胶结接触力学特性的三维试验研究,岩土力学,2015,36(增1):9-13”中蒋明镜等将接触模型中的铝棒改进为铝质半球体。这些研究对于定量描述颗粒间胶结作用取得了突破性的进展，但金属铝及环氧树脂并不能准确地表达天然岩土材料的力学性质，且由于试验模型尺寸较大，在颗粒尺度上可靠的相关研究仍然有限；且忽略了颗粒的形态特征球度、圆度、长宽比、表面粗糙度、不规则度等定量描述参数对颗粒力学性质的影响。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以对由天然石英砂及水泥等胶结材料制备而成的双珠胶结模型进行压剪、压弯、压弯剪组合等一系列复杂荷载进行试验的加载装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种复杂应力下双珠胶结模型的加载装置，所述加载装置安装在双轴加载设备上，包括底板、滚轴、试样垫块、下垫块、上垫块、用于测量竖直位移的对称设置的第一传感器组、测量水平位移的对称设置的第二传感器组、以及连接件。