一种土石料起动剪应力测试试验装置及方法与流程

文档序号:36894151发布日期:2024-02-02 21:26阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种土石料起动剪应力测试试验装置,其特征在于,包括试验管道、变频水泵和控制系统,试验管道的下侧壁开设有供试样伸入试验管道内的试样通道,试样通道外围的试验管道下侧壁连接有固定环,试样通道位于固定环内;固定环中滑动设置有移动活塞,移动活塞的顶部固连有水流剪应力传感器,水流剪应力传感器位于固定环中,水流剪应力传感器的顶部连接在承载试样的试样托盘底部;试样设置在试样托盘上,试样及试样托盘的外径较固定环的内径小,试样及试样托盘与固定环内壁之间具有间隙;试样的顶部穿过试样通道位于试验管道内,变频水泵将水泵入试验管道内,冲刷试样表面;试样正上方的试验管道侧壁设置有实时检测试样冲刷高度的超声波传感器;

2.根据权利要求1所述的一种土石料起动剪应力测试试验装置,其特征在于,水流剪应力传感器包括工字型的连接架、连接板、应变片和安装块,连接架、连接板和安装块都为聚碳酸酯材质,连接架有两个,每个连接架包括固定杆和位于固定杆两端的连接杆一和连接杆二,连接板竖向设置,两个固定杆分别水平连接在连接板的上下两端,两个连接架平行设置,连接板上端的连接架命名为连接架一,连接板下端的连接架命名为连接架二,从连接架一上方向下看,两个连接架的投影完全重合;

3.根据权利要求2所述的一种土石料起动剪应力测试试验装置,其特征在于,试样托盘下底面向上凹陷形成一个用于容纳传感器安装板的腔体,传感器安装板卡设于该腔体中,连接架一与传感器安装板通过固定螺栓一连接。

4.根据权利要求3所述的一种土石料起动剪应力测试试验装置,其特征在于,移动活塞顶部向下凹陷,形成凹槽一,水流剪应力传感器的连接架二通过固定螺栓二固定于移动活塞的凹槽一中,凹槽一的底壁开设有穿线孔和过水孔,穿线孔和过水孔分别位于水流剪应力传感器的两侧;移动活塞底部向上凹陷,形成凹槽二,穿线孔、过水孔连通凹槽一和凹槽二,穿线孔中连接有穿线管,传感器信号线穿过穿线管向下伸出凹槽二,与控制系统连接;过水孔中连接有排水管,排水管竖向设置并伸出凹槽二。

5.根据权利要求4所述的一种土石料起动剪应力测试试验装置,其特征在于,升降机构包括固定套管、滚珠丝杠副和底板,固定套管和滚珠丝杠副竖向设置,固定套管的顶端与移动活塞固连,固定套管的底端与滚珠丝杠副的螺帽固连,滚珠丝杠的顶端伸入固定套管内,滚珠丝杠的底端转动连接在底板上;固定套管、滚珠丝杠副的中心轴线与试样、固定环的中心轴线重合;

6.根据权利要求5所述的一种土石料起动剪应力测试试验装置,其特征在于,固定套管固连有上定位环,上定位环上设置有接水盘,接水盘位于排水管的下方;位于上定位环下方的固定套管固连有下定位环,底板上位于滚珠丝杠的两侧各连接有一个滑杆,滑杆竖向设置,两个滑杆都穿过上定位环和下定位环,两个滑杆的顶端连接在试验管道下侧壁;其中一个滑杆上连接有一个竖向的金属管,金属管与该滑杆之间具有间隙,位于上定位环上方的金属管设置有上限位器,位于下定位环下方的金属管设置有下限位器;金属管的顶端连接有l型的皮托管,皮托管伸入试验管道中。

7.一种土石料起动剪应力测试试验方法,其特征在于,基于权利要求6所述的一种土石料起动剪应力测试试验装置,包括以下步骤:

8.根据权利要求7所述一种土石料起动剪应力测试试验方法,其特征在于,针对以粗粒土为主的土石料,肉眼观察到颗粒起动的时刻,即为土石料的临界启动时刻,该时刻对应的剪应力数值即为起动剪应力。

9.根据权利要求7所述一种土石料起动剪应力测试试验方法,其特征在于,步骤1中率定水流剪应力传感器的具体方法为:分别选取1g、2g、5g、10g、20g和50g砝码绕过定滑轮挂在绳索的一端,分别测量传感器信号线输出电压,得到6个不同的电压数值,6个不同重量的砝码对应的6个电压数值为1组测试,通过线性拟合得出线性函数,该函数的斜率,即为1个数值;再将砝码质量分别替换为50g、20g、10g、5g、2g和1g,并按此顺序分别测试,按与前述方法一样,拟合得到另1个数值,按此方法进行2次或多次重复测量,得到多个数值,取多个数值的平均数为最终常数值,不同测试所得数值与其平均值的相对误差小于0.1%;步骤6中读取水流剪应力传感器的数值,与该最终常数值相乘,再除以试样截面面积,即为水流剪应力的数值。

10.根据权利要求7所述一种土石料起动剪应力测试试验方法,其特征在于,步骤1之前还包括:


技术总结
本发明公开了一种土石料起动剪应力测试试验装置及方法,装置包括试验管道和变频水泵,试验管道下侧壁连接有固定环,固定环中滑动设置有移动活塞,移动活塞的顶部固连有水流剪应力传感器,试样的顶部穿过试样通道位于试验管道内,变频水泵将水泵入试验管道内,冲刷试样表面。本发明克服了现有技术测量水流剪应力不准确、对于微小位移捕捉能力差的缺陷,先通过微小水流使土体颗粒启动冲蚀,测量冲蚀速率和水流剪应力,然后增大水流流速,相应测量每个流速下的冲蚀速率和水流剪应力,最后通过拟合曲线,得到启动剪应力;本发明设计的基于全桥电路的水流剪应力传感器可提高测量精度,尤其对起动剪应力较小的黏性土或粉质土测试结果可靠。

技术研发人员:钟启明,单熠博,卢洪宁,陈生水,李洁,吴昊,赵鲲鹏,傅中志,吉恩跃,梅胜尧,张露澄,杨蒙,李宇,陈灵淳,和洪秋
受保护的技术使用者:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/2/1
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