(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210628423.2 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 苏州汇才土水工程科技有限公司 地址 215513 江苏省苏州市 常熟市经济技 术开发区四海路1 1号科创园 (72)发明人 邵龙潭　侯英剑　金文成　唐日强　 姜小会　张宝音　吴铭明　 (74)专利代理 机构 常州佰业腾飞专利代理事务 所(普通合伙) 32231 专利代理师 李嘉宁 (51)Int.Cl. G01N 3/22(2006.01) G01N 3/24(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种可变形约束圆柱扭剪 仪 (57)摘要 本发明公开了岩土结构应力应变分析领域 的一种可变形约束圆柱扭剪仪， 一种可变形约束 圆柱扭剪仪， 包括机架、 可变形约束系统、 图像测 量系统、 轴向加载装置、 扭力装置、 传感器测量系 统、 数据采集系统及控制系统。 本发明的核心部 件为可变形约束系统， 该系统由上下端部开敞的 薄壁圆筒与布置于圆筒外壁的正方形角点网格 组成； 土体的应力状态可以通过轴向压力和上部 扭力来控制， 试样可通过轴向加载速率和扭力加 载速率控制加载路径； 装置能准确描述界面处的 应力应变关系， 适合于室内界面剪切的单元实 验。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115032088 A 2022.09.09 CN 115032088 A 1.一种可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 包括机架、 可变形约束系统、 图像测量系 统、 轴向加载装置、 扭力装置、 传感器测量系统、 数据采集系统及控制系统； 可变形约束系 统由上下端部敞开的薄壁圆筒(1)与布置于薄壁圆筒(1)外壁的正方形 角点网格(2)组成， 使得可变形约束系统既起到约束 试样的作用， 同时实现对试样 变形的测 试； 图像测量系统用于测试 试样试验过程中的侧壁应 变状态； 轴向加载装置用于控制试样的轴向加载速率及大小； 扭力装置用于控制土样的相对旋转 运动； 传感器测量系统用于试验过程中待测数据， 并传输 至数据采集系统中； 控制系统用于控制轴向加载装置、 扭力装置实现不同的应力状态和 加载路径。 2.根据权利要求1所述可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 所述可变形约束系统还包 括下部试样底座(3)和上部试样帽(4)； 薄壁圆筒(1)固定在下部试样底座(3)上， 薄壁圆筒 (1)上部与上部试样帽(4)相连接， 上部试样帽(4)的下端为扭剪齿(41)， 当试验时切入土样 上部， 薄壁圆筒(1)内用于安装待测土样。 3.根据权利要求2所述可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 所述轴向加载装置包括液 压加载控制组件(5)及与液压加载控制组件(5)通过管路连接的下部油缸(6)， 下部油缸(6) 的活塞杆与加载板(7)固定连接， 加载板(7)上部通过轴力传感器(8)对 下部试样底 座(3)进 行支撑。 4.根据权利要求2所述可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 所述扭力装置包括支撑轴 承(9)、 伺服电机(10)、 扭剪小齿轮(11)、 传动大齿轮(12)、 传动轴(13)和上部油缸(14)， 扭 剪小齿轮(11)通过支撑轴承(9)固定在机架上， 扭剪小齿轮(11)由伺服电机(10)驱动， 传动 大齿轮(12)和扭剪小齿轮(11)相啮合传动， 传动大齿轮(12)与传动轴(13)固定， 上部油缸 (14)的活塞杆通过传动轴(13)与上部试样帽(4)固定连接 。 5.根据权利要求3所述可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 所述传感器测量系统包括 位移传感器(15)、 轴力传 感器(8)、 扭矩传感器(16)和孔压传感器(17)； 位移传感器(15)设 于加载板(7)上方用于测量土体的竖向位移， 轴力传感器(8)用于测量土体的竖向力， 扭矩 传感器设于传动轴(13)上， 扭矩传感器(16)用于测量土样的扭矩， 孔压传感器(17)连接到 薄壁圆筒(1)用于测量土样内部的孔压响应。 6.根据权利要求4所述可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 所述机架包括整机底座 (18)、 固定于整机底座(18)上的立柱(19)、 及自上而下依次固定于立柱(19)上的反力梁 (20)、 横板(21)及下横梁(22)； 上部油缸(14)固定在反力梁(20)上， 支撑轴承(9)安装在横 板(21)上， 下部油缸(6)固定在下横梁(2 2)上。 7.根据权利要求5所述可变形约束圆柱扭剪仪， 其特征在于： 所述图像测量系统包括高 分辨率相机(23)和LED灯(24)， LED灯(24)通过灯夹(25)固定在立柱(19)上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115032088 A 2一种可变形约束圆柱扭剪 仪 技术领域 [0001]本发明涉及岩土结构应力应变分析领域的一种可变形约束圆柱扭剪仪， 尤其涉及 一种侧壁为可变性约束的圆柱扭剪仪， 可模拟不同侧 壁变形条件及剪切方式， 尤其适用于 测定砂土、 黏土及粉土等土体在可变形边界条件下的剪切特性。 背景技术 [0002]应力应变本构模型参数是岩土结构应力应变数值分析所必需的。 由于无法在原位 形成单元体试验的环境， 也无法控制试验的边界条件， 因此目前还不能通过原位试验获取 土的本构模型参数， 也没有原 位直接测量本构模型参数的设备。 因此， 有必 要对符合原 位测 试的土体可变形约束条件进行研究。 [0003]应力应变数值分析所 需的本构模型参数通常是通过室内三轴试验、 平面应变试验 或真三轴试验确定的。 [0004]这些室内试验设备操作比较复杂， 试验耗时比较长， 更重要的是这些试验的边界 条件无法满足完成原 位测试。 因此有必 要提出可适用于原位测试边界条件的可变形约束圆 柱扭剪仪。 发明内容 [0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足， 提供一种可变形约束圆柱扭剪仪。 该装 置的特点是： 能对土体施加复杂应力状态， 侧壁边界参量可以测量， 也可通过控制轴向压力 和扭力实现对侧壁剪切界面摩擦作用的研究。 [0006]本发明采取以下技术方案： 一种可变形约束圆柱扭剪仪， 包括机架、 可变形约束系 统、 图像测量系统、 轴向加载装置、 扭力装置、 传感器测量系统、 数据采集系统及控制系统； [0007]可变形约束系统由上下端部敞开的薄壁圆筒与布置于薄壁圆筒外壁的正方形角 点网格组成， 使得可变形约束系统既可以起到约束试样的作用， 也可实现对试样变形 的测 试； [0008]图像测量系统用于测试 试样试验过程中的侧壁应 变状态； [0009]轴向加载装置用于控制试样的轴向加载速率及大小； [0010]扭力装置用于控制土样的相对旋转 运动； [0011]传感器测量系统用于试验过程中待测数据， 并传输 至数据采集系统中； [0012]控制系统用于控制轴向加载装置、 扭力装置实现不同的应力状态和 加载路径。 [0013]优选的， 所述可变形约束系统还包括下部试样底座和上部试样帽； 薄壁圆筒固定 在下部试样底座上， 薄壁圆筒 上部与上部试样 帽相连接， 上部试样 帽的下端为扭剪齿， 当试 验时切入土样上部， 薄壁圆筒内用于安装待测土样。 [0014]优选的， 所述轴向加载装置包括液压加载控制组件及与液压加载控制组件通过管 路连接的下部油缸， 下部油缸 的活塞杆与加载板固定连接， 加载板上部通过轴力传感器对 下部试样底座进行支撑 。说　明　书 1/3 页 3 CN 115032088 A 3