[发明专利]基于振动台原理的岩体结构面多向动态剪切力学测试系统

说明书

本发明提供了基于振动台原理的岩体结构面多向动态剪切力学测试系统，包括振动台，振动台的四周均设置有一个基础，振动台的四周侧壁上均设置有一个作动器，基础的顶部设置有反力架，反力架上设置有液压驱动装置，液压驱动装置的伸出端上设置有上剪切盒，上剪切盒位于下剪切盒的正上方；振动台可实现同时沿着x和y方向的平动和绕z轴转动，高精度三向伺服控制系统，能实现模拟地震应变率和多频率段加载，从而实现多方向独立应力加载，测试试样在多向地震作用下的力学特性，有利于揭示边坡动力失稳机理，解决现有技术中的直剪仪因不能实现多向动态加载而无法模拟真实地震荷载作用下岩土体的动力响应的问题。

技术领域

本发明涉及岩土体力学试验领域，特别涉及基于振动台原理的岩体结构面多向动态剪切力学测试系统。

背景技术

受区域内地质环境复杂、气候条件等内外动力作用，该区域内岩质边坡内部结构面发育，对于静力条件下稳定的边坡，在地震荷载的动态循环剪切作用下会因坡体沿结构面发生错动或滑动而导致结构面强度降低，进而产生边坡失稳，引发地质灾害，带来重大的财产损失、人员伤亡和生态环境的破坏。因此，工程技术人员将面临众多岩土工程抗震问题，同时将面临着严峻的岩土动力灾变防控难题。地震荷载作用下岩土体动强度衰减及灾害防控研究不仅是岩土工程防灾领域的重要科学问题，也具有明确的国家重大需求背景，对川藏铁路等重大工程建设具有重要的现实意义。然而，受制于岩体力学测试设备加载应变率及荷载范围，现有仪器设备难以实现对岩体施加变幅变频及多向的动荷载，难以真实的模拟在地震荷载作用下岩体的强度衰减规律及动态特性。因此，研制多向地震荷载作用下岩体力学特性测试装置具有重大的现实意义和科学价值。

国内外进行岩体结构面动态剪切的室内试验以直剪试验为主，常规三轴试验为辅。直剪仪作为岩土体力学特性测试系统，是研究岩体静动力学特性的基础。目前的直剪试验方法按照剪切位移的控制方式可以分为斜线段加载试验、三角波形加载试验、正弦波形加载试验和随机波形加载试验；按照法向荷载控制方式可以分为定法向力剪切试验和定法向刚度剪切试验。目前，国内外市场上的直剪仪结构复杂，且功能单一，岩体结构面动态剪切强度特性的直剪试验相关成果主要来源于定法向力条件斜线段加载试验和三角波形加载试验，正弦波形剪切加载试验数据很少且尚未见随机波形加载试验成果。现有直剪仪不能实现多向动态加载，因此无法模拟真实地震荷载作用下岩土体的动力响应。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了基于振动台原理的岩体结构面多向动态剪切力学测试系统，解决现有技术中的直剪仪因不能实现多向动态加载而无法模拟真实地震荷载作用下岩土体的动力特性的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供基于振动台原理的岩体多向动态剪切力学测试系统，其包括横截面呈矩形的振动台，振动台的四周均设置有一个基础，振动台的上端面内嵌下剪切盒；

振动台的四周侧壁上均设置有一个作动器，每个作动器的伸出端均与振动台的侧壁连接，作动器的另一端与基础铰接，作动器与振动台的侧壁的连接处均位于振动台的侧壁中心线的一侧；

基础的顶部设置有反力架，反力架上设置有液压驱动装置，液压驱动装置的伸出端设置于反力架的下方，液压驱动装置的伸出端上设置有上剪切盒，上剪切盒位于下剪切盒的正上方；液压驱动装置可以为液压千斤顶。

液压驱动装置和多个作动器均连接于液压控制系统，液压控制系统包括用于为液压驱动装置和多个作动器提供动力的液压动力源系统、用于内环控制的伺服控制液压驱动装置和多个作动器的伺服控制器、用于外环控制振动台运动的振动控制器。

进一步地，为了实现下剪切盒可变尺寸，通过增减具有一定厚度的“回字型”标准模具来实现下剪切盒的尺寸变化，“回字型”标准模具通过螺栓与振动台螺纹连接。

进一步地，试样在上剪切盒和下剪切盒的交界面处发生剪切，为了实现试样剪切过程的可视化，上剪切盒的侧壁上开设有观察窗。