[发明专利]应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪

权利要求书

1.应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：包括机架、剪切系统、桩体、液压伺服系统、扭力装置、围压控制系统、传感器测量系统、数据采集及控制系统；桩体插入剪切系统中，与装于剪切系统中的土样形成桩土界面，液压伺服系统用于控制土样与桩体的上下相对运动，围压控制系统用于控制剪切系统内的围压以调整土体的应力状态，扭力装置用于控制桩体与土样的相对旋转运动，传感器测量系统用于检测剪切仪中待测数据，并传输至数据采集及控制系统中，数据采集及控制系统用于控制液压伺服系统、扭力装置、及围压控制系统实现不同的应力状态和加载路径。

2.根据权利要求1所述的应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：

所述的剪切系统包括透明的筒状外壁(8)、底板(17)、上环(10)、弹性橡胶膜(7)；上环(10)设于筒状外壁(8)顶部开口处，筒状外壁(8)固定于底板(17)上，桩体(9)贯穿底板(17)中部插入上环(10)内，桩体与上环之间、上环与筒状外壁之间、桩体与底板之间均通过橡胶圈密封，在上环下方及底板上方各固定有一个橡胶膜固定环(6)，弹性橡胶膜(7)上下端分别通过橡胶圈固定于橡胶膜固定环(6)内，弹性橡胶膜(7)与桩体(9)之间用于安装待测土体，弹性橡胶膜(7)与筒状外壁(8)之间形成围压室；

所述的围压控制系统包括开在围压室底板(17)上的围压水孔(30)、开在待测土体空间底板(17)上的反压孔(33)、及水压力控制器(3)；围压水孔(30)通过管道与水压力控制器(3)相连用于向围压室内注水或排水以控制围压室内的水压，反压孔(33)通过流量计(32)与水压力控制器(3)相连用于测量排水条件下土体的体变。

3.根据权利要求2所述的应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：所述的液压伺服系统包括液压加载控制装置(2)、及与液压加载控制装置分别通过油管连接的上部油缸(16)和下部油缸(27)；上部油缸(16)的活塞杆通过传力管(13)与上环(10)固连，下部油缸(27)的活塞杆通过传动轴(19)与桩体(9)下端固连。

4.根据权利要求2所述的应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：所述的扭力装置包括传动大齿轮(22)、扭剪小齿轮(23)、支撑轴承(26)、伺服电机(24)；扭剪小齿轮(23)通过支撑轴承(26)固定在机架上，扭剪小齿轮(23)由伺服电机(24)驱动，传动大齿轮(22)和扭剪小齿轮(23)相啮合传动，传动大齿轮(22)与传动轴(18)固定。

5.根据权利要求2所述的应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：所述的传感器测量系统包括孔压传感器(5)、位移传感器(11)、轴力传感器(20)、扭矩传感器(21)；孔压传感器(5)用于测量土体内部的孔压响应，位移传感器(11)设于上环(10)上方用于测量土体的竖向位移，轴力传感器(20)用于测量桩土之间的竖向力，扭矩传感器(21)用于测量桩体的扭矩，轴力传感器及扭矩传感器均设于传动轴(18)上。

6.根据权利要求2所述的应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：所述的机架包括底座(1)、固定于底座上的立柱(14)、及自上而下依次固定于立柱上的反力梁(15)、横板(19)、及下横梁(25)；上部油缸(16)固定于反力梁(15)上，剪切系统的底板安装于横板(19)上，下部油缸(27)及扭力装置中的支撑轴承(26)均固定于下横梁(25)上。

7.根据权利要求1所述的应力状态和加载路径可控的空心圆柱界面扭剪仪，其特征在于：所述的桩体为刚桩或者预制混凝土桩。