專利名稱：一種智能土工剪切流變儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖土工程土工材料的實驗測試儀器，尤其是涉及一種智能土工剪切流變儀。
背景技術(shù)：
巖土材料在外力及工程環(huán)境影響下，大多出現(xiàn)與時間相關(guān)的力學(xué)行為，若同時受到應(yīng)力場、溫度場或滲流場的變化，或者彼此之間相互影響，會導(dǎo)致土體流變形變路徑的變化和變形加速，最終發(fā)生工程災(zāi)害，例如泥石流、滑坡和塌方等，給人類的生產(chǎn)和生活帶來很大的危害，因此，深入研究巖土材料的流變性質(zhì)及其規(guī)律，一直是巖土力學(xué)領(lǐng)域一項十分重要的工程應(yīng)用研究內(nèi)容，而目前的土工剪切儀器，具有操作步驟復(fù)雜、測試精度較低、數(shù)據(jù)采集和處理困難等特征，難以滿足長時間巖土材料流變剪切測試工作，因此，需要一種智能型的巖土剪切測試儀器，以滿足目前大量巖土材料的測試工作。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利授權(quán)號CN 101498650B公開了一種五聯(lián)動巖石單軸流變儀，其特征僅僅使用于巖石單軸流變測試，因為沒有剪切盒，巖土剪切流變無法測試，而且無法測定在雙向荷載作用下流變測試，由于動力由電機提供，對于長時間土體流變測試無法提供恒定的荷載值，其數(shù)據(jù)軟件無法提供數(shù)據(jù)自動實時處理和預(yù)警功能，因此， 需要一個雙向荷載作用、測試精確度和智能化程度較高的土工剪切流變儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有土工材料剪切儀器存在的不足，提供一種智能土工剪切流變儀，能夠?qū)崿F(xiàn)測試精度高，實驗操作步驟簡單，數(shù)據(jù)自動傳輸和處理等功能。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種智能土工剪切流變儀，包括實驗平臺、加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分，其特征在于所述的實驗平臺包括有鋼柱和鋼梁連接而成的支撐架，以及該支撐架上的水平鋼板鋪面；所述的加載系統(tǒng)包括豎向加載系統(tǒng)和水平向加載系統(tǒng)，所述的豎向加載系統(tǒng)包括豎向軌道、豎向托盤和豎向砝碼，所述的水平向加載系統(tǒng)包括承壓板、上剪切盒、下剪切盒、 水平滑動軌道、柔軟鋼絲繩、滑輪、水平托盤和水平砝碼，所述的豎向托盤放置于豎向軌道上，所述的豎向砝碼放置于豎向托盤上，所述的豎向托盤頂住承壓板，所述的水平滑動軌道設(shè)置在水平鋼板上，所述的下剪切盒設(shè)置在水平滑動軌道上，所述的上剪切盒與下剪切盒對齊相連組成剪切盒，剪切盒內(nèi)放置土體，通過承壓板向剪切盒內(nèi)土體施加豎向荷載，所述的柔軟鋼絲繩通過滑輪分別連接下剪切盒和水平托盤，所述的水平砝碼放置在水平托盤上，施加水平荷載；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括位移計、拉力傳感器、無線發(fā)射器、無線收發(fā)器和計算機，所述的位移計與下剪切盒連接，所述的拉力傳感器設(shè)置在下剪切盒與柔軟鋼絲繩之間， 所述的位移計和拉力傳感器連接無線發(fā)射器，所述的無線收發(fā)器與計算機連接；
所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的位移和荷載數(shù)據(jù)自動顯示，并保存在計算機中，分別給出位移時間曲線圖，對于給定的土體剪切值，實現(xiàn)自動預(yù)警功能。所述的鋼柱與鋼梁焊接成支撐架，并與其上的水平鋼板焊接，保證鋼板的水平性和實驗平臺的穩(wěn)定性。所述的豎向加載系統(tǒng)還包括豎向支架，所述的豎向支架固定在水平鋼板上。所述的位移計一端與下剪切盒連接，另一端固定在豎向支架上。所述的水平向加載系統(tǒng)還包括水平頂板，所述的水平頂板設(shè)置在豎向支架和上剪切盒之間。所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程處理和監(jiān)測功能。操作時，通過以下步驟實現(xiàn)(1)將鋼柱、鋼梁和水平鋼板進行連接，組合為實驗平臺，將實驗加載系統(tǒng)與實驗平臺表面焊接牢固；(2)將用于實驗的土體放入剪切盒內(nèi)，將承壓板放置于上剪切盒，將剪切盒、承壓板和土體整體放置于水平軌道上，然后將豎向托盤放置于垂直軌道，并將下端置于受壓板頂部，在豎向托盤上放置砝碼，施加豎向荷載；(3)將下剪切盒與拉力傳感器連接，柔軟鋼絲繩與水平托盤繞過滑輪連接，并將鋼絲繩與拉力傳感器連接，在托盤上放置砝碼，施加水平剪切力；(4)將位移計布置在下剪切盒，并將位移計和拉力傳感器與無線發(fā)射器相連，將收發(fā)器與計算機相連，運用軟件直接進行巖土剪切流變測試數(shù)據(jù)采集和處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)實驗測試步驟簡單，只需將土體放置于剪切盒內(nèi)，將其他設(shè)備正確連接，即可進行實驗，并獲得精確度較高的實驗數(shù)據(jù)；(2)實驗精度較高，水平位移為0. 01毫米，拉力為0. 01牛頓，豎向和水平向荷載采用砝碼重力施加荷載，可以保證荷載的精確性和持續(xù)性；(3)本發(fā)明智能化程度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、保存和處理，以及自動報警等，實驗過程中可以無人值守；(4)采取無線傳輸系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠距離觀測、查看和處理實驗情況。


圖1為本發(fā)明智能剪切儀示意圖。其中1為豎向支架，2為豎向軌道，3為豎向砝碼，4為豎向托盤，5為位移計，6為承壓板，7為上剪切盒，8為下剪切盒，9為拉力傳感器，10為水平軌道，11為柔軟鋼絲繩，12 為滑輪，13為水平鋼板，14為鋼柱，15為水平向托盤，16為水平頂板，17為鋼梁，18為水平砝碼。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，一種智能土工剪切流變儀，包括實驗平臺、加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分，其特征在于所述的實驗平臺包括有鋼柱14和鋼梁17焊接而成的支撐架，以及該支撐架上焊接的水平鋼板13鋪面，保證鋼板的水平性和實驗平臺的穩(wěn)定性；所述的加載系統(tǒng)包括豎向加載系統(tǒng)和水平向加載系統(tǒng)，所述的豎向加載系統(tǒng)包括豎向支架1、豎向軌道2、豎向托盤4和豎向砝碼3，所述的水平向加載系統(tǒng)包括承壓板6、上剪切盒7、下剪切盒8、水平滑動軌道10、柔軟鋼絲繩11、滑輪12、水平托盤15、水平頂板16 和水平砝碼18，，所述的豎向支架1固定在水平鋼板13上，所述的豎向軌道2設(shè)置在豎向支架1，所述的豎向托盤4放置于豎向軌道2上，所述的豎向砝碼3放置于豎向托盤4上，所述的豎向托盤4頂住承壓板6，所述的水平滑動軌道10設(shè)置在水平鋼板13上，所述的下剪切盒8設(shè)置在水平滑動軌道10上，所述的水平頂板16設(shè)置在豎向支架1和上剪切盒7之間， 所述的上剪切盒7與下剪切盒8對齊相連組成剪切盒，該剪切盒內(nèi)放置土體，通過承壓板6 向剪切盒內(nèi)土體施加豎向荷載，所述的柔軟鋼絲繩11與水平托盤15繞過滑輪12連接，柔軟鋼絲繩11 一端通過位移計5與下剪切盒8連接，所述的水平砝碼18放置在水平托盤15 上，施加水平荷載；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括位移計5、拉力傳感器9、無線發(fā)射器、無線收發(fā)器和計算機，所述的位移計5 —端與下剪切盒8連接，另一端固定在豎向支架1上，所述的拉力傳感器9設(shè)置在下剪切盒8與柔軟鋼絲繩11之間，所述的位移計5和拉力傳感器9與無線發(fā)射器連接，所述的無線收發(fā)器與計算機連接；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的位移和荷載數(shù)據(jù)自動顯示，并保存在計算機文件夾中，分別給出位移時間曲線圖，對于給定的土體剪切值，實現(xiàn)自動預(yù)警功能、 遠程處理和監(jiān)測功能。通過上述智能土工剪切流變儀進行實驗測試時，包括以下步驟(1)將豎向支架1和水平軌道10固定于水平鋼板13上，將上剪切盒7和下剪切盒8對齊，在剪切盒中放入需要進行試驗的土體，將承壓板6放入土體上方，并將其整體放在水平軌道10上，此時，水平頂板16恰好頂住上剪切盒7，完成試驗的準(zhǔn)備工作；(2)將豎向托盤4放置于豎向軌道2中，托盤4下端圓形鋼柱頂在承壓板6上，以施加豎向荷載作用，根據(jù)試驗設(shè)計豎向荷載作用，按照設(shè)計值施加豎向砝碼3，完成豎向荷載的施加工作；(3)將柔軟鋼絲繩11繞過滑輪12分別與拉力傳感器9和水平向托盤15相連接， 根據(jù)水平剪切力設(shè)計值確定需要施加的水平砝碼18，完成水平荷載的施加工作；(4)將位移計5與豎向支架1固定，將位移計5預(yù)留有一定的壓縮值，并頂住下剪切盒8，以測定土體剪切位移值，將位移計5和拉力傳感器9與無線發(fā)射器相連接，將無線收發(fā)器與計算機相連，完成試驗的數(shù)據(jù)采集工作；(5)通過VB語言編程軟件，實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)以下處理功能位移和荷載數(shù)據(jù)能夠自動顯示和保存在計算機文件夾中，分別給出位移時間曲線圖，對于給定的土體剪切值，能夠?qū)崿F(xiàn)自動預(yù)警功能，完成試驗數(shù)據(jù)的自動處理工作。由上述的實施例可以看出，本智能剪切流變儀能夠?qū)崿F(xiàn)試驗數(shù)據(jù)精確度較高、操作簡單和智能化程度較高的功能。
權(quán)利要求
1. 一種智能土工剪切流變儀，包括實驗平臺、加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分，其特征在于所述的實驗平臺包括有鋼柱和鋼梁連接而成的支撐架，以及該支撐架上的水平鋼板鋪所述的加載系統(tǒng)包括豎向加載系統(tǒng)和水平向加載系統(tǒng)，所述的豎向加載系統(tǒng)包括豎向軌道、豎向托盤和豎向砝碼，所述的水平向加載系統(tǒng)包括承壓板、上剪切盒、下剪切盒、水平滑動軌道、柔軟鋼絲繩、滑輪、水平托盤和水平砝碼，所述的豎向托盤放置于豎向軌道上，所述的豎向砝碼放置于豎向托盤上，所述的豎向托盤頂住承壓板，所述的水平滑動軌道設(shè)置在水平鋼板上，所述的下剪切盒設(shè)置在水平滑動軌道上，所述的上剪切盒與下剪切盒對齊相連組成剪切盒，剪切盒內(nèi)放置土體，通過承壓板向剪切盒內(nèi)土體施加豎向荷載，所述的柔軟鋼絲繩通過滑輪分別連接下剪切盒和水平托盤，所述的水平砝碼放置在水平托盤上，施加水平荷載；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括位移計、拉力傳感器、無線發(fā)射器、無線收發(fā)器和計算機，所述的位移計與下剪切盒連接，所述的拉力傳感器設(shè)置在下剪切盒與柔軟鋼絲繩之間，所述的位移計和拉力傳感器連接無線發(fā)射器，所述的無線收發(fā)器與計算機連接；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的位移和荷載數(shù)據(jù)自動顯示，并保存在計算機中，分別給出位移時間曲線圖，對于給定的土體剪切值，實現(xiàn)自動預(yù)警功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能土工剪切流變儀，其特征在于，所述的鋼柱與鋼梁焊接成支撐架，并與其上的水平鋼板焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能土工剪切流變儀，其特征在于，所述的豎向加載系統(tǒng)還包括豎向支架，所述的豎向支架固定在水平鋼板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能土工剪切流變儀，其特征在于，所述的位移計一端與下剪切盒連接，另一端固定在豎向支架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能土工剪切流變儀，其特征在于，所述的水平向加載系統(tǒng)還包括水平頂板，所述的水平頂板設(shè)置在豎向支架和上剪切盒之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能土工剪切流變儀，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程處理和監(jiān)測功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及巖土工程土工材料的實驗測試儀器領(lǐng)域，具體是一種智能土工剪切流變儀，該流變儀由實驗平臺、加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，實驗平臺保證實驗測試的水平性和穩(wěn)定性，加載系統(tǒng)有豎向加載和水平加載系統(tǒng)組成，加載通過砝碼進行加載，保證荷載的精確性，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移計和拉力傳感器組成，精確度較高，通過無線發(fā)射和接收數(shù)據(jù)信號，保證實驗可以遠程處理和監(jiān)測，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過開發(fā)軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時自動采集、保存、顯示和處理功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明操作步驟簡單，實驗精確度較高，能夠遠程操作，智能化程度較高，對土體剪切流變測試實驗具有較大的應(yīng)用價值。
文檔編號G01N19/00GK102393354SQ201110321240
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者代曉東, 吳雪萍, 邱一平 申請人:上海交通大學(xué)