[实用新型]一种可以测量剪切面局部应力状态的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可以测量剪切面局部应力状态的测量装置，尤其适合模拟测量非均匀软弱夹层剪切过程中各个不同位置的应力状态的变化。

背景技术

软弱夹层是岩体结构中经常遇到的地质结构之一，软弱夹层的力学特性尤其是抗剪切力学特性对岩土结构的宏观力学特性影响较大，在有些地质条件下，软弱夹层对于岩体结构的稳定性起到具有控制性的作用。

要获得软弱夹层的抗剪切力学参数，必须进行剪切试验。软弱夹层的剪切试验通常有两种方式：一是原位剪切试验，另一种是室内剪切试验。这两种方式都是将软弱夹层连带夹层上下的岩块，一起切割成可以放置在剪切盒中的试样块。试验时，将上下剪切盒套入试样（原位剪切试验），或将试样装入剪切盒（室内剪切试验），并保证软弱夹层面处在上下剪切盒的接触面上。通过上下剪切盒的相对错动，使试样块上下岩块沿软弱夹层产生剪切运动。

上面所述的软弱夹层剪切试验中，一个试样只能在剪切过程中形成一个剪切面，获得一组力学参数。而现实情况是软弱夹层的物质组成和厚薄都不是均一的，剪切过程中各个局部位置的应力变化并不一致，如果在一个不均匀软弱夹层的剪切过程中，能够量测出剪切面不同局部位置的应力变化，对探寻软弱夹层剪切破坏的原理机制，研究滑坡、崩塌等地质灾害启动过程，提高对突发灾害的监测预警水平都具有极其重要的意义。

剪切盒加载测力系统中剪切试样的受力是加载系统通过剪切盒将荷载传递到剪切面上，并且假定加载系统所有的荷载输出都传递到了剪切面，这样只要量测出加载系统的荷载输出值就可以得到剪切面上的应力值。一个剪切面的应力状态主要包括法向和切向两个方向的应力分量，为了在这两个方向上进行加载测力，就必须在两个方向上都布置加载测力系统。

要实现对一个剪切面的不同局部位置的剪切应力状态的量测，必须要摈弃现有岩土材料剪切试验所普遍采用的剪切盒加载测力系统结构，将加载系统与测力系统分离，让测力系统小型化、集成化，以实现在同一个剪切面上布置多个测量力点（或测力面）。

发明内容

为了能够掌握分布不均匀的软弱夹层结构面在剪切过程中局部应力状态的变化规律，本实用新型提供一种由多个测力单元拼接成测力矩阵，测力矩阵的测力面和上压板之间填充软弱夹层材料模拟软弱夹层结构并进行软弱夹层结构的剪切试验。运用这样的试验系统可以进行非均匀分布的软弱夹层结构剪切试验并观察剪切面不同局部位置的应力状态的变化。

本实用新型的目的是这样实现的：一种可以测量剪切面局部应力状态的测量装置，包括外框，外框内的底板上设有多个二维传感器，每个二维传感器上安装有受力板，受力板与上压板之间设有试样夹层，上压板一侧与水平加载系统连接，上压板与承压板之间安装有滚珠，承压板与垂直加载系统连接。软弱夹层材料外设有橡胶封边。 

本实用新型提供的可以测量剪切面局部应力状态的测量装置，以多个测力单元表面组成一个试验平面，可以对一个剪切面的不同位置的局部应力状态进行测量，而现有的岩土材料的剪切试验都是一次试验只有一个剪切试样，一次试验只能得到一个总的剪切面的应力状态，剪切面局部应力变化过程无法测量。本装置测力单元可以独立于加载系统运行，加载方式可以更加灵活。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是二维力传感器和受力板组装成测力单元布置图。

具体实施方式

本实用新型结构如图1所示，包括外框11，外框11内的底板3上设有多个二维传感器1，每个二维传感器1上安装有受力板2，受力板2与上压板5之间设有试样夹层4，上压板5一侧与水平加载系统10连接，上压板5与承压板6之间安装有滚珠7，承压板6与垂直加载系统9连接。试样夹层4外设有橡胶封边8。 

本实用新型的工作原理如下：试验装置包括多个测力单元，一块底板3和一块上压板5组成。一个测力单元由一个二维力传感器1和一个受力板2组成，二维力传感器1与受力板2连接，二维力传感器1的安装方向应保证传感器的一个测力方向与受力板2的法向方向一致，传感器的另一个测力方向与受力板2表面平行，并且剪切试验的剪切方向一致。多个测力单元以矩阵或其他形式布置，测力单元中的二维力传感器1的底端全部连接在底板3上，并且保证测力单元的受力板2拼接成一个完整的试验平面。试验平面上面以软弱夹层材料制作一个薄层，薄层上覆盖上压板5，上压板5相对试验平面做错动模拟地质结构面的剪切过程。在剪切过程中，测力平面可以将整个剪切面的各个局部位置的剪切力和法向压力同时测出。