專利名稱：堆石料風化儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于涉及-一種風化儀，特別涉及-一種堆石料風化儀。
背景技術：
目前在我閨一系列3()()m級的超a堆石壩止在規(guī)劃設計和建設中，如糯扎渡(261.5m)、兩河口(295m)、雙江口(314m)、古水(305m)和其宗(352m)等工程。由T這些工程規(guī)模浩大，影響深遠，充分保證其安全性是進行工程建設的核心問題。作為主要筑壩材料的堆石料，其力學特性將直接關系到堆石壩整體的安全性。 堆石壩一般總是由當?shù)亻_采的堆石料填筑而成。強度高、壓縮性小、工程性質(zhì)長期穩(wěn)定的材料通常是筑壩堆石料的首選。但在許多條件下， 一些易風化巖性的堆石料，尤其是許多軟巖料也被廣泛應用f堆石壩的填筑。這些堆石料在壩體K期運行過程中，由于水庫蓄水位波動、降雨浸入、蒸發(fā)以及溫度變化等都會發(fā)牛力學性質(zhì)的明顯劣化，也即風化。另外，堆石壩是當?shù)夭牧蠅?，填筑的堆石料需在當?shù)亻_采，因而會遇到各種巖性和狀況的堆石料，難以僅用易風化或不風化進行簡單區(qū)分。許多情況下需耍對特定堆石料風化的難易程度及對力學特性的影響做出具體的評價。堆石料劣化過程會使壩體產(chǎn)生附加的后期變形，對堆石壩的長期安全性帶來不利的影響。因而，研究堆石料的劣化過程和劣化變形的規(guī)律是I-分必要的。 考慮風化作用的堆石料試驗，是研究和揭示風化作用下堆石料力學性質(zhì)劣化規(guī)律的重要途徑。試驗設備的研制是試驗研究的前提。現(xiàn)有的相關試驗儀器尚不能實現(xiàn)'「濕循環(huán)、溫度變化和應力三因素之間耦合作用的功能，而在工程實踐中堆石料是在荷載作用下經(jīng)受各種自然環(huán)境因素的綜合作用。為了揭示堆石料在千濕和溫度變化等環(huán)境因素與載荷綜合作用下力學性質(zhì)劣化的物理機制，就需耍研制能夠進行該類試驗研究的試驗儀器。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn):"技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種堆石料風化儀，貝-有能夠?qū)崿F(xiàn)T濕循環(huán)、溫度變化和應力三因素耦合的特點。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是-一種堆石料風化儀，包括有支架底座2，支架底座2....匕部設有滾動軸承3，滾動軸承3上設有壓縮剪切試驗盒1，剪切試
驗盒l(wèi)的上部依次設有透水板4、加壓帽5、加壓頭6和保溫罩7，保溫罩7上設有頂梁9，位移傳感器8設在頂梁9 l:并與保溫罩7相連；支架底座2 F部設有調(diào)平裝置21.，調(diào)平裝置21與杠桿20的--------端相連，杠桿20的另--------端為加載砝碼19 ;剪切試驗盒1通過保
溫管與低溫冷卻液循環(huán)泵24和高溫循環(huán)器18相連；試驗盒1上的通氣孔通過保溫管與溫控箱16相連，溫控箱16與空氣壓縮機15相連；壓縮剪切試驗盒l(wèi)的排水孔28通過水管與水箱17相連，剪切試驗盒1底部還設有滑動板13,滑動板13通過傳力絲杠12與水平加載電機iO相連，水平加載電機iO設置在橫梁ii左端，橫梁ii的右端設有水平荷載傳感器14,水平荷載傳感器14還與上盒25右部相連，兩個側(cè)壓力傳感器35分別與上盒25和下盒26連接。 所述的壓縮剪切試驗盒i中開設U型循環(huán)套管23。 所述的壓縮剪切試驗盒1,包括上盒25與下盒26組成，....匕盒25與下盒26之間設有開縫環(huán)27。 所述的保溫罩7內(nèi)側(cè)襯有保溫棉；保溫管29為橡塑海綿保溫材料。 所述的壓縮剪切試驗盒1與低溫冷卻液循環(huán)泵24和高溫循環(huán)器18之間設有閥門。 所述的溫控箱16與空氣壓縮機連接處設:fl—閥門。
所述的壓縮剪切試驗盒1與水箱17之間設有閥門。 所述的低溫冷卻液循環(huán)泵24的型號為DLSB-5/i0型，最低控制溫度為-i(TC ，額定功率().48千瓦。 所述的高溫循環(huán)器18型5'為GX-2010型，最高控制溫度為20(TC ，額定功率1.2千瓦。 所述的溫控箱16的密閉箱體31內(nèi)設有半導體加熱器30，制冷壓縮機34、溫控器22設在密閉箱體31外部；溫控箱16的管路通過連接管可與排水孔28相通。
本發(fā)明的^益效果是l)系統(tǒng)包括了豎向壓縮系統(tǒng)、水平直剪系統(tǒng)、冷熱循環(huán)系統(tǒng)和十濕循環(huán)系統(tǒng)，因rfl]能夠?qū)崿F(xiàn)對堆石體試樣T濕循環(huán)、溫度變化和應力三因素耦合的試驗研究；2)冷熱循環(huán)控制系統(tǒng)采取了內(nèi)外兼顧的設計思路。在試樣容器側(cè)壁中設計了U型套孔，以供卨低溫液體循環(huán)，從試樣外側(cè)對其進行加熱和制冷。同時將冷熱氣體由空氣壓縮機直接通入試樣，對試樣內(nèi)部進行快速地升溫或降溫。通過內(nèi)外聯(lián)合作用不僅可以使對試樣溫度的控制較為迅速，而且試樣內(nèi)的溫度也較為均勻；3)在豎向壓縮儀的基礎上，耦合設計了水平向的直剪儀系統(tǒng)，能夠在風化試驗后直接就機測定試樣的抗剪強度；4)上下盒間設置了開縫，為了減小剪切時上下盒間的摩擦，在支架底座與壓縮剪切試驗盒之間設:丫/滾動軸承，同時也可避免上盒的側(cè)翻、上翹。在進行壓縮試驗和風化試驗時，上K盒間的開縫通過開縫環(huán)固定。5)該設備在與K盒固定的滑動板--匕施加水平荷載，上盒量測水平荷載，從而避免了試驗盒滑動板與支架底座的滾動摩擦所引起的誤差。6)豎向壓力機械杠桿通過砝碼施加，適合于進行長期的試驗；該設備具有相對較大的試樣尺寸(O = 15cm， h = 15cm),較高的荷載(100kN)，從而可以進行較大粒徑的堆石料試驗。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構示意圖，其中(a)為正視圖；(b)為俯視圖。
圖2是冷熱循環(huán)系統(tǒng)的不意圖。 圖3是壓縮剪切試驗盒i的上盒25的示意圖，其中(a)為正視圖；(b)為俯視圖。
圖4是壓縮剪切試驗盒1的下盒26的示意圖，其中(a)為i.l..:視圖；(b)為俯視圖。
圖5是剪切盒U型循環(huán)管路圖，其中(a)為俯視圖；(b)為A向展開圖。
4
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構原理和工作原理作進一步詳細說明。
參見圖i，-一種堆石料風化儀，包括有支架底座2，支架底座2上部設有滾動軸承3，滾動軸承3上設有壓縮剪切試驗盒1 ，滾動軸承的作用是減小與壓縮剪切試驗盒1之間的摩擦，壓縮剪切試驗盒1中開設的U型循環(huán)套管23，它為高低溫液體提供丫在試樣側(cè)壁內(nèi)循環(huán)供熱或輸冷的通道，剪切試驗盒l(wèi)的l:部依次設有透水板4、加壓帽5、加壓頭6和保溫罩7，保溫罩7內(nèi)側(cè)襯有保溫棉以實現(xiàn)保溫，保溫罩7上設有頂梁9，移傳感器8設在頂梁9上并與保溫罩7相連；支架底座2 ——F部設有調(diào)平裝置21.，調(diào)平裝置21與杠桿20的---端相連，杠桿20的另---端加載砝碼19，砝碼19以杠桿20施加豎向載荷，加載過程中杠桿的平衡通過調(diào)平裝置21調(diào)節(jié)；壓縮剪切試驗盒1與低溫冷卻液循環(huán)泵24和高溫循環(huán)器i8之間設有閥門，壓縮剪切試驗盒i通過保溫管與低溫冷卻液循環(huán)泵24和^溫循環(huán)器18相連，低溫冷卻液循環(huán)泵的型號為DLSB-5/1()型，DLSB-5/1()型低溫冷卻液循環(huán)泵最低控制溫度為—IO"C,額定功率0.48 T-瓦，高溫循環(huán)器型^為GX-2010型，GX-2010型高溫循環(huán)器最高控制溫度為2()()°C，額定功率1.2千瓦，低溫冷卻液循環(huán)泵24和高溫循環(huán)器18使得恒溫的液體在試樣側(cè)壁中的U型循環(huán)套管內(nèi)循環(huán)，可使試樣側(cè)壁迅速達到所要求的高溫或低溫狀態(tài)，并和通過試樣孔隙的冷熱氣體一起快速改變試樣的溫度；試驗盒1上的通氣孔通過保溫管與溫控箱16相連，保溫管為橡塑海綿保溫材料，其導熱系數(shù)低，屬高效保溫材料，溫控箱16采用平導體加熱和壓縮機制冷對空氣進行加熱和制冷，其設訃容量為5千瓦；溫控箱i6與空氣壓縮機i5相連，溫控箱i6與空氣壓縮機連接處設有閥門；壓縮剪切試驗盒l(wèi)的排水孔28通過水管與水箱17相連，壓縮剪切試驗盒1與水箱17之間設有閥門，壓縮剪切試驗盒1底部還設有滑動板13，滑動板13通過傳力絲杠12與水平加載電機10相連，加載電機10驅(qū)動傳力絲杠12前進推動壓縮剪切試驗盒l(wèi)，水平加載電機10設置在橫梁11左端，橫梁11的右端設有水平荷載傳感器14，水平荷載傳感器14還與上盒25的右部相連，兩個側(cè)壓力傳感器35分別與上盒25與下盒26連接。 水箱17和空氣壓縮機15組成T濕循環(huán)系統(tǒng)。T濕循環(huán)的技術方案是，通過位于試樣上部的水箱i7對試樣進行浸水飽和。干燥時可將水從試樣底部的排水孔排出，再通過空氣壓縮機15對試樣進行風千。 橫梁11、拉桿32、電機驅(qū)動蝸輪蝸桿裝置33組成水平剪切系統(tǒng)。水平荷載通過應變控制的電機驅(qū)動蝸輪蝸桿裝置33，傳力絲杠12前進推動壓縮剪切盒1的下盒。
參見圖2，低溫冷卻液循環(huán)泵24、高溫循環(huán)器18、溫控箱16和在壓縮剪切試驗盒1屮開設的U型循環(huán)套管23組成冷熱液體循環(huán)系統(tǒng)。低溫冷卻液循環(huán)泵24和高溫循環(huán)器18通過保溫管與壓縮剪切試驗盒1的上盒25、下盒26中開設的U型循環(huán)套管23相連通，溫控箱16分別與空氣壓縮機15和溫控器22相連。 溫度控制器22、溫控箱i6、空氣壓縮機i5及其冷熱氣休輸送管路組成冷熱氣休循環(huán)系統(tǒng)。 參見圖2、 3、 4，壓縮剪切試驗盒1包括上盒25與下盒26，上盒25與下盒26之間設有開縫環(huán)27， k盒25與下盒26 l:分別開有側(cè)壓力傳感器35的連接桿通孔36-1.和36-2，滾動軸承3能夠減小剪切時上下盒間的摩擦，同時也可避免上盒25的側(cè)翻、上翹。 參見圖5，壓縮剪切試驗盒1設有U型循環(huán)套管23,它為高低溫液體提供了在試
樣側(cè)壁內(nèi)循環(huán)供熱或輸冷的通道，可使試樣側(cè)壁迅速達到所要求的高溫或低溫狀態(tài)。
本發(fā)明的工作原理為 在壓縮剪切試驗盒中裝入試樣，豎向荷載通過砝碼19以杠桿20方式施加，杠桿的平衡通過調(diào)平裝置21調(diào)節(jié)。在給定荷載作用F，通過冷熱循環(huán)系統(tǒng)和千濕循環(huán)系統(tǒng)對試樣進行溫度控制和干濕控制。試驗過程中的豎直變形通過安裝在頂梁9上的位移傳感器8測量。在冷熱循環(huán)和千濕循環(huán)完成后，通過水平剪切系統(tǒng)對試樣進行剪切，水平荷載大小通過水平荷載傳感器量測。
圖中:1.壓縮剪切試驗盒;2.支架底座;3.滾動軸承;4.透水板;5.加壓帽;6.加壓頭；7.保溫罩；8.位移傳感器；9.頂梁；iO.水平加載電機；i丄.橫梁；i2.傳力絲杠；13.試驗盒滑動板；14.水平荷載傳感器；15.空氣壓縮機；16.溫控箱；17.水箱；18.高溫循環(huán)器；19.砝碼；20.杠桿；21.調(diào)平裝置；22.溫控器；23.U型冷熱液循環(huán)管
路；24.低溫冷卻液循環(huán)泵；25. i:盒；26. ——R盒；27.開縫環(huán)；28.排水孔；29.保溫管；30.半導體加熱器；31.密閉箱體；32.拉桿；33.電機驅(qū)動蝸輪蝸桿裝置；34.制冷壓縮
機，35.側(cè)壓力傳感器;36.....匕盒25上的側(cè)壓力傳感器35的連接桿通孔;37.下盒26上的側(cè)壓力傳感器35的連接桿通孔。
權利要求
一種堆石料風化儀，包括有支架底座(2)，其特征在于，支架底座(2)上部設有滾動軸承(3)，滾動軸承(3)上設有壓縮剪切試驗盒(1)，剪切試驗盒1的上部依次設有透水板(4)、加壓帽(5)、加壓頭(6)和保溫罩(7)，保溫罩(7)上設有頂梁(9)，位移傳感器(8)設在頂梁(9)上并與保溫罩(7)相連；支架底座(2)下部設有調(diào)平裝置(21)，調(diào)平裝置(21)與杠桿(20)的一端相連，杠桿(20)的另一端為加載砝碼(19)；剪切試驗盒(1)通過保溫管與低溫冷卻液循環(huán)泵(24)和高溫循環(huán)器(18)相連；試驗盒(1)上的通氣孔通過保溫管與溫控箱(16)相連，溫控箱(16)與空氣壓縮機(15)相連；壓縮剪切試驗盒(1)的排水孔(28)通過水管與水箱(17)相連，剪切試驗盒(1)底部還設有滑動板(13)，滑動板(13)通過傳力絲杠(12)與水平加載電機(10)相連，水平加載電機(10)設置在橫梁(11)左端，橫梁(11)的右端設有水平荷載傳感器(14)，水平荷載傳感器(14)還與上盒右部相連，兩個側(cè)壓力傳感器35分別與下盒連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的--種堆石料風化儀，其特征在于，所述的壓縮剪切試驗盒(l)屮開設的U型循環(huán)套管(23)。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種堆石料風化儀，其特征在于，所述的壓縮剪切試驗盒(1)，包括--匕盒(25)與K盒(26),....匕盒(25)與K盒(26)之間設有開縫環(huán)(27)。
4. 根據(jù)權利要求i所述的-一種堆石料風化儀，其特征在于，所述的保溫罩(7)內(nèi)側(cè)襯有保溫棉；保溫管(29)為橡塑海綿保溫材料。
5. 根據(jù)權利耍求1所述的-,中堆石料風化儀，其特征在T，所述的壓縮剪切試驗盒(1)與低溫冷卻液循環(huán)泵(24)和高溫循環(huán)器(18)之間設有閥門。
6. 根據(jù)權利要求1所述的-一種堆石料風化儀，其特征在于，所述的溫控箱(16)與空氣壓縮機(15)連接處設有陶門。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種堆石料風化儀，其特征在于，所述的壓縮剪切試驗盒G)與水箱(17)之間設有閥門。
8. 根據(jù)權利要求i或5所述的-一種堆石料風化儀，其特征在于，所述的低溫冷卻液循環(huán)泵(24)的型號為DLSB-5/1()型，最低控制溫度為-l()'C，額定功率().48千瓦。
9. 根據(jù)權利耍求1或5所述的-'種堆石料風化儀，其特征在T,所述的高溫循環(huán)器18型號為GX-2()10型，最高控制溫度為2()(rC，額定功率1.2千瓦。
10. 根據(jù)權利要求1所述的-一種堆石料風化儀，其特征在于，所述的溫控箱(16)的密閉箱體(31.)內(nèi)設有半導體加熱器(30)，制冷壓縮機(34)、溫控器(22)設在密閉箱體(31)外部；溫控箱(16)的管路通過連接管可與排水孔(28)相通。
全文摘要
一種堆石料風化儀，包括設置在支架底座上部的滾動軸承，滾動軸承上依次設有壓縮剪切試驗盒、透水板、加壓帽、加壓頭和保溫罩，保溫罩上的頂梁與位移傳感器相連后并與保溫罩相連；支架底座下設調(diào)平裝置、杠桿及加載砝碼，剪切試驗盒與低溫冷卻液循環(huán)泵和高溫循環(huán)器相連；壓縮剪切試驗盒與溫控箱、及空氣壓縮機相連；壓縮剪切試驗盒與水箱相連，剪切試驗盒底部的滑動板與水平加載電機相連，橫梁上的水平荷載傳感器與上盒右部相連，裝入試樣，施加豎向荷載，調(diào)節(jié)平衡，對試樣進行溫度控制和干濕控制，測量豎直變形，完成冷熱循環(huán)和干濕循環(huán)后，對試樣剪切，測水平荷載大小，具有能實現(xiàn)干濕循環(huán)、溫度變化和應力三因素耦合的特點。
文檔編號G01N33/24GK101692082SQ200910023730
公開日2010年4月7日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權日2009年8月27日
發(fā)明者孫國亮, 孫遜, 張丙印 申請人:清華大學