一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置

本技术涉及冻土，尤其是涉及一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置。

背景技术：

1、平面应变状态是材料在某一个主应力方向应变为零的力学状态，普遍存在于各类岩土工程设施中，如道路地基、挡土墙、条形基础、长隧道及边坡等。在传统岩土工程的基本力学特性测试中，平面应变试验通常用以测试和研究土体的局部化变形、剪切带的生成机理和发展规律等。在冻土工程中，人工冻结壁的受力变形，冻土路基沉降以及输油管线的不均匀沉降变形均属于平面应变状态。目前，国内外学者基于平面应变试验开展的剪切带、局部化变形大多集中于融土，而在冻土方面的研究鲜见报道。

2、土体的变形可分为体积压缩或膨胀产生的变形以及土体形状改变引起的变形。现有技术中，土体平面应变仪是在压缩条件下测量土体的局部化应变以及剪切带的发展规律，无法将体积和形状的改变对局部应变的贡献进行有效分离。并且，冻土试验所需的压力级别要比融土试验高很多，始终要保证土样处于低温状态，仪器结构的多样性和仪器功能的可实现性有待进一步提高。因此，急需一种适用于简单剪切条件下的冻土可视化实验装置(控制土体在加载过程中体积变形为零仅发生形状的改变)，用于研究土体形状改变对其局部应变和剪切带发展的贡献。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，利用该装置观察土体形状改变对其局部应变和剪切带的发展过程。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，包括钢架、压力舱、加载系统和冷浴系统，所述钢架上设有固定连接的横向固定杆和轨道，所述横向固定杆的两端与所述轨道固定连接，所述压力舱为中空结构，所述压力舱的外表面设有保温护罩，所述压力舱内的底部设有承压底座，所述承压底座的前后两侧均设有约束板，所述承压底座的左右两端均设有挡板，所述挡板之间设有铰接的连接杆，所述挡板的内侧设有砌块层，所述砌块层之间为冻土试样，所述砌块层的上方设有顶板，所述顶板的下表面与所述冻土试样相贴合，所述顶板的下表面设有温度应变片，所述顶板的上表面通过若干竖向固定杆与所述横向固定杆固定连接。

3、优选的，所述加载系统包括围压加载和水平加载，所述围压加载包括液压油传送管、围压加载器和位移传感器，所述液压油传送管上设有围压传感器，所述压力舱的底部通过所述液压油传送管与所述围压加载器相连通，所述位移传感器设置于所述挡板的下端两侧；所述水平加载包括水平压力传感器和驱动装置，所述水平压力传感器设置于所述挡板的上端外侧，所述水平压力传感器通过水平加载轴与所述驱动装置固定连接，所述驱动装置设置于所述围压加载器的内部。

4、优选的，所述冷浴系统包括循环管和冷浴泵，所述冷浴泵与所述循环管串联，所述冷浴泵通过所述循环管与所述压力舱的内部连通。

5、优选的，所述保温护罩的一侧设有第一视窗，所述压力舱的一侧设有第二视窗，所述第一视窗与所述第二视窗高度相同且互相平行，所述第一视窗的外侧设有相机。

6、优选的，所述压力舱的顶端设有排气阀，所述排气阀贯穿所述保温护罩并与外界连通。

7、优选的，所述钢架的外侧还设有计算机和控制器，所述计算机与所述控制器电性连接，所述控制器与所述加载系统、冷浴系统电性连接。

8、优选的，所述钢架、保温护罩和压力舱的顶部均设有内插槽。

9、因此，本实用新型采用上述一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其技术效果如下：

10、(1)本实用新型设置有温度应变片，具备温度控制功能，通过与循环管连接的冷浴泵对压力舱内温度进行控制，控制冻土试样的温度保持恒定负温和平面应变的状态，适用于冻土低温平面应变下的简单剪切试验。

11、(2)本实用新型设置有第一视窗和第二视窗(即双层视窗)，采用高强度钢化透明玻璃，能够显著提高压力舱相对于融土试验的承压能力，有利于试验过程中拍摄试样变形发展的图片，实现低温下冻土平面应变状态下简单剪切试验中剪切带和局部应变的可视化测量。

12、(3)本实用新型设置有相机，采用高分辨率相机，基于以数字图像修正技术发展而来的piv粒子图像测试技术来获取土体在平面应变简单剪切条件下局部应变和剪切带的发展规律，相较于现有技术(电镜扫描、ct技术、立体成像技术、x射线技术等)经济性高。

13、下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：包括钢架、压力舱、加载系统和冷浴系统，所述钢架上设有固定连接的横向固定杆和轨道，所述横向固定杆的两端与所述轨道固定连接，所述压力舱为中空结构，所述压力舱的外表面设有保温护罩，所述压力舱内的底部设有承压底座，所述承压底座的前后两侧均设有约束板，所述承压底座的左右两端均设有挡板，所述挡板之间设有铰接的连接杆，所述挡板的内侧设有砌块层，所述砌块层之间为冻土试样，所述砌块层的上方设有顶板，所述顶板的下表面与所述冻土试样相贴合，所述顶板的下表面设有温度应变片，所述顶板的上表面通过若干竖向固定杆与所述横向固定杆固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：所述加载系统包括围压加载和水平加载，所述围压加载包括液压油传送管、围压加载器和位移传感器，所述液压油传送管上设有围压传感器，所述压力舱的底部通过所述液压油传送管与所述围压加载器相连通，所述位移传感器设置于所述挡板的下端两侧；所述水平加载包括水平压力传感器和驱动装置，所述水平压力传感器设置于所述挡板的上端外侧，所述水平压力传感器通过水平加载轴与所述驱动装置固定连接，所述驱动装置设置于所述围压加载器的内部。

3.根据权利要求1所述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：所述冷浴系统包括循环管和冷浴泵，所述冷浴泵与所述循环管串联，所述冷浴泵通过所述循环管与所述压力舱的内部连通。

4.根据权利要求1所述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：所述保温护罩的一侧设有第一视窗，所述压力舱的一侧设有第二视窗，所述第一视窗与所述第二视窗高度相同且互相平行，所述第一视窗的外侧设有相机。

5.根据权利要求1所述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：所述压力舱的顶端设有排气阀，所述排气阀贯穿所述保温护罩并与外界连通。

6.根据权利要求1所述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：所述钢架的外侧还设有计算机和控制器，所述计算机与所述控制器电性连接，所述控制器与所述加载系统、冷浴系统电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，其特征在于：所述钢架、保温护罩和压力舱的顶部均设有内插槽。

技术总结
本技术公开了一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，包括钢架、压力舱、围压加载系统和冷浴系统，所述钢架上设有固定连接的横向固定杆和轨道，所述横向固定杆的两端与所述轨道固定连接，所述压力舱为中空结构，所述压力舱的外表面设有保温护罩，所述压力舱内的底部设有承压底座，所述承压底座的前后两侧均设有约束板，所述承压底座的左右两端均设有挡板，所述挡板之间设有铰接的连接杆，所述挡板的内侧设有砌块层，所述砌块层之间为冻土试样，所述砌块层的上方设有顶板。本技术采用上述的一种平面应变条件下冻土可视化简单剪切试验装置，经济性高，实现了简单剪切条件下的冻土试样剪切带和局部应变的可视化测量。

技术研发人员：王文丽,赵东芳,余林,姚晓亮,何敏
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：20230608
技术公布日：2024/1/15