[发明专利]一种全自动流变直剪仪及其实验操作方法

说明书

本发明公开了一种全自动流变直剪仪及其操作方法，它包括流变直剪仪(1)和计算机(2)。流变直剪仪(1)采用伺服闭环控制，利用垂直伺服加载系统中的竖向荷重传感器(1‑19)对施加在试样(1‑30)上的轴向应力进行调整控制，同时通过水平剪切驱动系统中与水平剪切驱动装置相连接的第一水平荷重传感器(1‑3)，对试样(1‑30)施加恒定的水平剪切力，实现土体的直接剪切蠕变试验；并通过水平位移传感器(1‑16)实现试样(1‑30)水平剪切量的精确控制，进行土体的直接剪切应变松弛试验。本发明不仅可以进行常规直剪试验，还可以进行土体流变直剪试验，稳定性能高，可实现试验精确控制和采集的全过程自动化。

技术领域

本发明涉及一种全自动流变直剪仪，尤其涉及一种能够进行饱和/非饱和土体材料蠕变特性和应力松弛特性的直接剪切设备及其实验操作方法。

背景技术

在岩土工程中，除受到土体本身的颗粒组成、矿物成分、含水情况等物理因素的影响，土体材料的物理力学性质还受到温度、初始应力状态和时间等外界因素的影响。针对时间因素，土体的应力-应变关系主要表现出复杂的流变特性，而土体的流变特性主要包括土体的蠕变、应力松弛和长期荷载作用下强度的降低等等。

在室内试验研究中，土体的流变特性的研究一般采用能够直接施加剪力的流变直剪试验方法和间接进行剪切试验的流变三轴试验方法。其中，针对直接流变试验方法，土体蠕变特性多采用直接剪切蠕变仪进行试验研究，传统的直接剪切蠕变仪通常包括剪切盒、加压系统、剪切系统和测量系统，加压系统为杠杆+砝码的结构形式，由于考虑到试验中对剪切应力的控制，剪切系统多采用定向滑轮+砝码的结构形式，通过施加砝码对试样进行竖向应力和水平向应力的控制，但是由于砝码重量的限制，应力控制过程中很难对试样实现连续应力控制，且在试验过程中，杠杆+砝码的结构形式易产生杠杆偏心的问题，影响试验控制的精度；在剪切过程中，定向滑轮+砝码的结构形式虽然能够有效地对试样施加恒定的剪切应力，但是试样易受到该结构形式所产生的扭矩影响，降低剪切应力的控制精度，且砝码是通过与定向滑轮配套的绳索进行施加的，在放置砝码的过程中绳索易产生晃动，易影响剪切应力施加的稳定性，易产生偏心影响。

其次，针对测量系统中对剪切位移量的测量，谷任国(2006年)等人对剪切位移的测量精度进行了改进，利用百分表+1mm千分表相结合的形式对试验中的剪切位移进行量测，即利用百分表达到试验测量范围的要求、千分表达到试验测量精度的要求，在一定程度上提高了蠕变测量的精度，但是在直接剪切蠕变过程中土样的蠕变位移量往往会超过1mm千分表的量程，利用百分表和1mm千分表相配合的形式来测量蠕变位移量，很难避免其操作繁琐、百分表和千分表的配合误差、测量读数偏差、计算复杂、累积误差等等人为问题影响，在一定程度上较难满足试验测量的精度要求。

而在直接流变试验方法中，土体的应力松弛特性的研究多采用直接剪切应力松弛仪进行试验研究。相对直接剪切蠕变仪，传统直接剪切应力松弛仪的剪切系统则是采用蜗轮杆的结构形式对试样施加恒定的剪切变形。由于作用机理的不同，两种传统试验仪器功能过于单一，难以合二为一，大大降低了试验设备的利用率，提高了试验成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是：针对现有流变直剪仪存在的问题，提出一种全自动流变直剪仪，不仅可进行直接剪切蠕变试验，又可以进行直接剪切应力松弛试验，有效地提高了试验控制和测量的精度，并可对试验全过程进行自动化控制。

一种全自动流变直剪仪，它包括流变直剪仪和计算机，所述的流变直剪仪通过通讯协议与计算机相连接，可通过计算机或者流变直剪仪上的控制面板实现对试验过程的控制。

作为优选方案，以上所述的全自动流变直剪仪，所述的流变直剪仪包括控制面板、水平驱动装置、第一水平荷重传感器、剪切容器、轨道、竖向位移传感器、上部加载横梁、水平位移传感器、竖向荷重传感器、第二水平荷重传感器、下剪切盒、上剪切盒、承压盖、直线轴承、挡板、轴向加载装置、下部加载横梁、拉杆；