立方体铰结机构静、动单剪仪的研制与验证

摘要

本文通过研制的一台新型静动单剪仪，开展了重塑黄土的静、动力单剪试验。比较分析了不同含水量、不同固结压力条件下重塑黄土强度变形特性;测试了重塑黄土的动力滞回阻尼特性和动模量变化规律。主要得出了以下成果:
　　(1)研制的新型单剪机构压力室包括固定架、压力室顶板、与单剪方向正交的一组平行侧限板、底板、单剪方向自由摆动的侧限栅条。侧限板与顶板胶结，底板与侧限板铰结，侧限栅条与顶板、底板铰结。单剪时，底板沿水平方向线性导轨运动;项板两侧连接滚动轴承，嵌入固定架限位槽内，限制顶板水平向运动，可沿竖直轴承向运动;侧限板和侧限栅条随底板平行摆动。
　　(2)立方体试样在竖向荷载作用下，呈侧限变形应力状态。竖向荷载由伺服步进电机驱动液压体变器提供的液压源通过竖向液压缸施加。通过底板施加水平向荷载，试样呈单剪应力状态。水平向荷载由两组伺服步进电机驱动液压体变器提供的液压源通过水平向液压缸施加。
　　(3)通过自动控制伺服步进电机运动，实现了竖向荷载和水平向荷载的自动控制，以及水平向荷载的循环作用。通过自动量测水平向位移，实现了变形控制加载。配套了自动控制系统。
　　(4)立方体试样单剪胶结机构具有易实现侧限变形应力条件、便于模拟单剪应力条件的特点。该机构克服了多层叠环单剪机构内部约束以及叠环与试样接触面凹凸产生的影响。新型动单剪仪能够更加准确的模拟动应力状态下各种工程加载条件，使得测试条件更加符合工程实际。
　　(5)通过两个含水量(18％、23％)、四个固结压力(100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)重塑黄土的静力单剪试验与直剪试验结果的比较，以及动力单剪试验。分析了在不同含水率和不同固结压力条件下重塑黄土的抗剪强度，以及动应力—动应变特性。初步验证了该单剪仪的可靠性与准确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 本文选题的意义

1．3 黄土动力特性国内外研究现状

1．3．1 黄土的动强度与液化

1．3．2 黄土的震陷变形

1．3．3 黄土的动应力-动应变关系

1．3．4 黄土地区的抗震分析

1．4 黄土动力特性的主要研究内容、方法

1．4．1 黄土动力特性的主要研究内容

1．4．2 黄土动力特性的主要研究方法

1．4．3 黄土动力特性的主要研究成果

1．5 本文的研究内容

2 西安理工大学单剪仪研制的基本思路及其工作系统

2．1 仪器研制的基本思路

2．1．1 开展新型单剪仪试验研究的意义

2．1．2 当前国外常见的单剪仪特点

2．1．3 当前国内已有单剪仪的特点

2．1．4 当前国内外单剪仪的加荷方式

2．2 新型单剪仪的工作原理

2．3 新型单剪仪装置

2．3．1 主机部分

2．3．2 压力室

2．3．3 液压加载系统

2．3．4 变形与荷载量测信号自动采集及处理系统

2．3．5 排水系统

2．3．6 液压源压力缸

2．4 单剪仪控制系统

2．4．1 单剪仪系统硬件构成

2．4．2 采集驱动模块硬件构成

2．4．3 采集驱动模块软件

2．4．4 PC机软件

2．4．5 固结试验

2．4．6 静力试验

2．4．7 循环荷载试验

2．5 本章小结

3 西安理工大学振动单剪仪的仪器调试

3．1 单剪仪的主要技术指标及适用范围

3．1．1 使用方式及技术指标

3．1．2 适用范围

3．1．3 单剪仪的正常工作环境

3．2 试验前的准备工作

3．3 试验土样的制备

3．4 试验步骤

3．4．1 试样的安装

3．4．2 试样固结

3．4．3 单剪仪试验

3．4．4 单剪仪动力往复试验加载原理

3．4．5 试验后仪器整理

3．5 单剪试验项目的调试

3．5．1 固结的调试

3．5．2 静力试验的调试

3．5．3 动力试验的调试

3．6 直剪试验与单剪仪试验的对比分析

3．7 本章小结

4 重塑黄土的动力单剪仪试验

4．1 试验土样的基本性质

4．2 试验方案

4．3 试样的制备

4．4 试验安装

4．5 试验数据的整理分析

4．5．1 滞回圈及骨干曲线的绘制

4．5．2 动应力—动应变关系曲线

4．5．3 动剪切模量—动应变关系曲线

4．5．4 同一固结围压，不同含水量的动应力—动应变关系曲线

4．5．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文、专利、获奖等评价情况