[发明专利]多尺度土石混合体-基岩界面剪切特性测试装置和方法

摘要

本发明涉及多尺度土石混合体‑基岩界面剪切力学性质测试装置，包括试件系统、平衡控制系统、加载系统、伺服控制系统和数据采集系统；所述伺服控制系统用于控制加载系统工作；所述数据采集系统用于采集剪切、垂直加载力和位移以及剪切全过程中土石混合体‑基岩界面的图像信息；所述试件系统包括用于填装土石混合体试样的上矩形钢化玻璃剪切盒、用于填装岩石试样的下矩形钢制剪切盒和加载板。不仅能实现多尺寸及复杂界面性质的土石混合体‑基岩界面剪切力学特性研究，满足不同垂直应力、不同含石量和不同含水率条件下考虑基岩界面形态的直剪试验要求，同时还可考虑水在此界面的侵蚀、软化等效应。

主权项

1.一种多尺度土石混合体‑基岩界面剪切力学性质测试装置，包括试件系统、平衡控制系统、加载系统、伺服控制系统和数据采集系统；所述伺服控制系统用于控制加载系统工作；其特征在于：所述数据采集系统用于采集剪切、垂直加载力和位移以及剪切全过程中土石混合体‑基岩界面的图像信息；所述试件系统包括用于填装土石混合体试样的上矩形钢化玻璃剪切盒、用于填装岩石试样的下矩形钢制剪切盒和加载板；所述上矩形钢化玻璃剪切盒是由前、后、左、右四块透明钢化玻璃板通过螺栓固定连接组成的空心剪切盒，前、后两块透明钢化玻璃板的两侧均布置有多排连接孔，每排按照上下位置包括多个连接孔，通过改变上矩形钢化玻璃剪切盒中螺栓的位置能变更上矩形钢化玻璃剪切盒的长宽比；所述下矩形钢制剪切盒是由前、后、左、右和底部五块钢制铁板通过螺栓固定连接组成的空心剪切盒，前、后两块钢制铁板的两侧均布置多排连接孔，每排按照上下位置包括多个连接孔，通过改变下矩形钢制剪切盒上螺栓的位置能变更下矩形钢制剪切盒的长宽比，且使下矩形钢制剪切盒的长宽比与上矩形钢化玻璃剪切盒的长宽比相对应；所述下矩形钢制剪切盒顶部端口的左右两侧均往外侧延伸；所述下矩形钢制剪切盒底部钢制铁板的下表面对称设有多个插销孔；在下矩形钢制剪切盒和上矩形钢化玻璃剪切盒交界位置附近的反力架上安装用于采集基岩界面图像信息的图像采集仪；所述加载板置于土石混合体试样的顶部，所述加载板为矩形板；在上矩形钢化玻璃剪切盒的内侧面上均均匀涂有减摩润滑剂；加载板的上方正对加载系统的垂直应力加载单元，所述加载系统包括垂直应力加载单元、剪切应力加载单元、反力架和位移计；所述垂直应力加载单元包括第一加载机、第一伸缩器、第一压头、第一压力传感器，所述垂直应力加载单元通过螺栓固定于反力架的顶端内侧；所述剪切应力加载单元包括第二加载机、第二伸缩器、第二压头、第二压力传感器，所述剪切应力加载单元通过螺栓固定于反力架的右端内侧；所述垂直应力加载单元通过加载板施加垂直应力，所述位移计包括用于采集加载板的垂直位移的垂直位移计和用于采集铁箱的水平位移的水平位移计；所述平衡控制系统包括用于固定上矩形钢化玻璃剪切盒且使试件系统的中心线与垂直应力加载单元的中心线重合的水平控制杆组、用于将铁箱和下矩形钢制剪切盒固定在一起的三角控制杆组、插销和铁箱；所述铁箱通过插销、插销孔将下矩形钢制剪切盒固定在铁箱内部；所述伺服控制系统包括用于控制试验过程中垂直应力大小的第一伺服电机和用于控制试验过程中剪切应力大小的第二伺服电机。