一種箱式取樣剪切強度測試裝置的制造方法
【專利摘要】本文公布了一種箱式取樣剪切強度測試裝置，設(shè)置有設(shè)備支架、驅(qū)動機構(gòu)、定位機構(gòu)、控制機構(gòu)；其中，所述設(shè)備支架設(shè)置有容納待測箱式取樣器的空腔，所述設(shè)備支架的上表面設(shè)置為放置所述定位機構(gòu)；所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置在所述定位機構(gòu)上，所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強度；所述控制機構(gòu)設(shè)置有控制電路，所述控制機構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給所述驅(qū)動機構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取所述十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值；本發(fā)明涉及但不限于粘土測試設(shè)備，應(yīng)用本發(fā)明能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)高含水量的軟弱粘土的剪切強度測試，能夠有效保證最終測試結(jié)果的精度。
【專利說明】
一種箱式取樣剪切強度測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及但不限于粘土測試設(shè)備，尤其是一種箱式取樣剪切強度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，十字板剪切試驗，是一種用十字板測定飽和軟粘性土不排水抗剪強度和靈敏度的試驗，其屬于原狀強度測試中的一種;具體將十字板頭由鉆孔壓入孔底軟土中，以均勻的速度轉(zhuǎn)動，通過一定的測量系統(tǒng)，測得其轉(zhuǎn)動時所需之力矩，直至土體破壞，從而計算出土的抗剪強度。上述具體測試過程中，待測粘性土需提供足夠的支撐反力，才能保證測試順利進行。
[0003]目前，在海洋深水環(huán)境下，淺土層均為高含水量的軟弱粘土，該類土的剪切強度是深水巖土工程勘察中一個需要確定的重要力學(xué)指標。然而，上述剪切強度的具體測試過程中，淺層軟弱粘土的抗剪強度并不能夠為常規(guī)原位十字板剪切試驗的測試裝備提供足夠的支撐反力；因此，現(xiàn)有技術(shù)中的十字板剪切實驗設(shè)備并不能夠?qū)崿F(xiàn)上述淺土層的剪切強度測量。
[0004]基于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也嘗試通過其他方式測量上述高含水量的軟弱粘土；具體通過塑料管從箱式取樣器中套取一定管柱的待測粘土，通過塑料管的管壁限制粘土以避免產(chǎn)生大范圍的流動，進而在塑料管內(nèi)測得上述待測粘土的剪切強度;上述測試過程為存在有如下缺點:測試為人工逐點測試，且僅能記錄剪切強度的峰值，不能實現(xiàn)連續(xù)追蹤測試;測試為豎直定向測試，不能實現(xiàn)水平定位，以及不能實現(xiàn)同一平面的多點測試，測試結(jié)果誤差大;塑料管的管柱取樣操作涉及有二次取樣操作，對待測粘土的擾動性大，影響最終測試結(jié)果的準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請解決的技術(shù)問題是提供一種箱式取樣剪切強度測試裝置，能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)高含水量的軟弱粘土的剪切強度測試，能夠有效保證最終測試結(jié)果的精度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N箱式取樣剪切強度測試裝置，設(shè)置有設(shè)備支架、驅(qū)動機構(gòu)、定位機構(gòu)、控制機構(gòu);其中，
[0007]所述設(shè)備支架設(shè)置有容納待測箱式取樣器的空腔，所述設(shè)備支架的上表面設(shè)置為放置所述定位機構(gòu)；
[0008]所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置在所述定位機構(gòu)上，所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強度；
[0009]所述定位機構(gòu)設(shè)置有水平定位結(jié)構(gòu)和豎直定位結(jié)構(gòu)，所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的水平定位;所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的豎直定位；
[0010]所述控制機構(gòu)設(shè)置有控制電路，所述控制機構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給所述驅(qū)動機構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取所述十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值。
[0011 ]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0012]所述設(shè)備支架設(shè)置為鋼架結(jié)構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置為放置所述定位機構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的中間腔體設(shè)置為容納待測箱式取樣器;測試過程中，所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置為，通過所述定位機構(gòu)，沿所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面，進入所述中間腔體放置的待測箱式取樣器中。
[0013]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0014]所述設(shè)備支架設(shè)置有調(diào)平結(jié)構(gòu)，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置為調(diào)平螺栓，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述鋼架結(jié)構(gòu)的底部。
[0015]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0016]所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動電機，所述十字板測試組件設(shè)置有連桿、十字板;其中，所述連桿的頂端設(shè)置為連接所述驅(qū)動電機的輸出軸端，所述連桿的底端設(shè)置為連接所述十字板;所述驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)設(shè)置為測試粘土的原狀剪切強度、擾動強度，所述驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)設(shè)置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。
[0017]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0018]所述驅(qū)動電機設(shè)置為安裝在所述定位機構(gòu)的豎直定位結(jié)構(gòu)中，并設(shè)置為帶動所述十字板測試組件，隨同所述定位機構(gòu)進行定位操作。
[0019]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0020]所述十字板測試組件設(shè)置有傳感器，所述傳感器設(shè)置為實時檢測所述十字板所受扭矩值并輸送給所述控制電路;所述控制電路設(shè)置為，接收存儲所述傳感器的檢測扭矩值，并顯示于所述控制電路所連接的顯示器上。
[0021 ]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0022]所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有相互垂直的第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組設(shè)置在所述設(shè)備支架的上表面，所述第二導(dǎo)軌組設(shè)置在所述第一導(dǎo)軌組的上方，所述第一導(dǎo)軌組、第二導(dǎo)軌組均設(shè)置有兩個平行設(shè)置的單軌；
[0023]所述第二導(dǎo)軌組的下表面設(shè)置有第一滑槽，所述第一滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第一導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述第二導(dǎo)軌組，沿所述第一導(dǎo)軌組滑動；
[0024]所述第二導(dǎo)軌組的上表面設(shè)置有支撐板，所述支撐板設(shè)置為連接支撐所述豎直定位結(jié)構(gòu);所述支撐板的下表面設(shè)置為第二滑槽，所述第二滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第二導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述支撐板，沿所述第二導(dǎo)軌組滑動；
[0025]所述第一滑槽與所述第二滑槽的側(cè)面均設(shè)置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設(shè)置為固定所述第二導(dǎo)軌組以及所述支撐板的水平位置。
[0026]上述箱式取樣剪切強度測試裝置，還可具有如下特點，
[0027]所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有第三導(dǎo)軌組和定位圓盤，所述定位圓盤的轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有齒輪結(jié)構(gòu)，所述第三導(dǎo)軌組相應(yīng)設(shè)置有齒條結(jié)構(gòu);所述定位圓盤的轉(zhuǎn)動動作，設(shè)置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿所述第三導(dǎo)軌組的豎直滑動動作；
[0028]所述定位圓盤與所述第三導(dǎo)軌組之間設(shè)置有滑套;所述滑套設(shè)置為，套設(shè)在所述第三導(dǎo)軌組外側(cè)，連接所述定位圓盤，限制所述定位圓盤脫離所述第三導(dǎo)軌組，以及隨同所述定位圓盤豎直滑動；
[0029]所述滑套的外側(cè)還連接有電機托板，所述電機托板設(shè)置為安裝所述驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動電機;所述第三導(dǎo)軌組還設(shè)置有數(shù)值標尺，所述豎直標尺設(shè)置在驅(qū)動電機一側(cè)，所述豎直標尺設(shè)置為觀測所述驅(qū)動機構(gòu)的下降距離。
[0030]本申請上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0031]本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，能夠有效解決陸上常規(guī)十字板剪切裝置無法直接測試深水淺層軟弱粘土不排水抗剪強度的缺陷;通過將箱式取樣器直接置于裝置底部，能夠?qū)崿F(xiàn)直接對箱中待測軟粘土進行測試，能夠有效規(guī)避現(xiàn)有十字板剪切強度測試方法中需用取樣管進行“二次取樣”的步驟，減小土樣的擾動，使測試結(jié)果更為真實地反映軟粘土在海床中力學(xué)狀態(tài);通過轉(zhuǎn)角-強度曲線圖形實時顯示軟弱粘土的強度隨轉(zhuǎn)角的變化過程，使得測試結(jié)果更加直觀，并能夠得出連續(xù)的變化過程，為后期的監(jiān)測分析提供全面的數(shù)據(jù)。
[0032]另外，除了能夠進行海洋深水的剪切強度試驗外，本申請還可以進行軟弱粘土的靈敏度和觸變性試驗，能夠有效提高本申請的適用廣泛性:并能夠通過在完成原狀強度測試后，控制電機勻速轉(zhuǎn)動使軟弱粘土完全擾動，并進行相應(yīng)的擾動強度，能夠有效地規(guī)避人工擾動土樣導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)離散性大、測試結(jié)果不客觀的缺陷。
[0033]本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明實施例而了解。本申請的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0034]附圖用來提供對本申請技術(shù)方案的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本申請技術(shù)方案的限制。
[0035]圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)不意圖一；
[0036]圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0037]圖3為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0038]圖4為本發(fā)明實施例的剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下文中將結(jié)合附圖對本申請的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0040]結(jié)合圖1、圖2以及圖3所示，
[0041]本發(fā)明實施例提供了一種箱式取樣剪切強度測試裝置，可以設(shè)置有設(shè)備支架1、驅(qū)動機構(gòu)、定位機構(gòu)、控制機構(gòu);其中，設(shè)備支架I設(shè)置有容納待測箱式取樣器3的空腔，設(shè)備支架I的上表面設(shè)置為放置定位機構(gòu);驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置在定位機構(gòu)上，驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強度;定位機構(gòu)設(shè)置有水平定位結(jié)構(gòu)和豎直定位結(jié)構(gòu)，水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)十字板測試組件在待測箱式取樣器3中的水平定位;豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)十字板測試組件在待測箱式取樣器3中的豎直定位;控制機構(gòu)設(shè)置有控制電路，控制機構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給驅(qū)動機構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值。
[0042]具體操作中，可通過上述控制機構(gòu)，控制安裝在定位機構(gòu)上的驅(qū)動機構(gòu)啟動，并進行相應(yīng)粘土的剪切強度測試;十字板測試組件的測試過程中，通過控制電路實施上傳扭矩值，控制電路同時采集其控制驅(qū)動機構(gòu)的相應(yīng)轉(zhuǎn)角;通過控制電路獲取的轉(zhuǎn)角值以及扭矩值，并生成相應(yīng)的曲線，最終完成上述剪切強度測試;需要說的是，本申請上述技術(shù)方案最終得出的測試曲線為連續(xù)曲線，能夠有效的反映出從測試初期到測試峰值之間的粘土性能連續(xù)變化值，能夠為后期的粘土性能處理分析提供充分完善的資料;本申請上述技術(shù)方案僅通過一次取樣，即箱式取樣器的取樣操作，即可完成最終測試操作;能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的二次取樣所帶來的擾動；能夠較好的適用于高含水量的軟弱粘土，能夠?qū)崿F(xiàn)最終的精確測試操作。
[0043]為了能夠優(yōu)化相應(yīng)的設(shè)備支架I，本發(fā)明上述方案中的設(shè)備支架I可以設(shè)置為鋼架結(jié)構(gòu)，鋼架結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置為放置定位機構(gòu)，鋼架結(jié)構(gòu)的中間腔體設(shè)置為容納待測箱式取樣器3;測試過程中，驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置為，通過定位機構(gòu)，沿鋼架結(jié)構(gòu)的上表面，進入中間腔體放置的待測箱式取樣器3中。優(yōu)選地，設(shè)備支架I還可設(shè)置有調(diào)平結(jié)構(gòu)2，調(diào)平結(jié)構(gòu)2設(shè)置為調(diào)平螺栓，調(diào)平結(jié)構(gòu)2設(shè)置在鋼架結(jié)構(gòu)的底部。
[0044]具體操作中，可通過上述鋼架結(jié)構(gòu)中預(yù)設(shè)的中間腔體放置待測箱式取樣器3，進而驅(qū)動機構(gòu)通過腔體上方進入所述待測箱式取樣器3中，以進行相應(yīng)的測試操作；測試完成后，將上述驅(qū)動機構(gòu)退回初始位置，并將箱式取樣器退出至所述中間腔體外側(cè)即可；另外，通過上述調(diào)平螺栓能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備支架I的位置調(diào)整，能夠有效保證其上方所安裝的驅(qū)動機構(gòu)處于豎直狀態(tài)，能夠有效保證最終測試的精確度。
[0045]為了能夠優(yōu)化相應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)，本發(fā)明上述方案中的驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動電機9，十字板測試組件設(shè)置有連桿、十字板11;其中，連桿的頂端設(shè)置為連接驅(qū)動電機9的輸出軸端，連桿的底端設(shè)置為連接十字板;其中，驅(qū)動電機9的正轉(zhuǎn)設(shè)置為測試粘土的原狀剪切強度、擾動強度，驅(qū)動電機9的正反轉(zhuǎn)設(shè)置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。優(yōu)選地，驅(qū)動電機9設(shè)置為安裝在定位機構(gòu)的豎直定位結(jié)構(gòu)中，并設(shè)置為帶動十字板測試組件，隨同定位機構(gòu)進行定位操作。優(yōu)選地，十字板測試組件設(shè)置有傳感器，傳感器設(shè)置為實時檢測十字板所受扭矩值并輸送給控制電路;控制電路設(shè)置為，接收存儲傳感器的檢測扭矩值，并顯示于控制電路所連接的顯示器上。其中，上述傳感器可設(shè)置在連桿的頂端，如圖中標號10處；相應(yīng)的，也可設(shè)置在連桿的底端，具體的設(shè)置位置以能夠?qū)崿F(xiàn)十字板的所受扭矩檢測為準。
[0046]具體操作中，可通過上述控制電路控制驅(qū)動電機9正轉(zhuǎn)啟動，并通過連桿帶動十字板一同轉(zhuǎn)動;上述十字板在粘土中的轉(zhuǎn)動過程中，完成相應(yīng)的剪切強度測試操作。當需要進行測試粘土的擾動土樣的擾動強度時，通過控制電路控制驅(qū)動電機9正轉(zhuǎn)啟動并對土樣進行擾動，完成該方向的擾動后;控制驅(qū)動電機9反轉(zhuǎn)，并對土樣進行另一方向擾動，完成該方向的擾動后，此時擾動土樣已具備測量擾動強度的條件；后續(xù)的測量操作與測量剪切強度的步驟相同，最終可得出土樣的擾動強度。
[0047]為了能夠優(yōu)化相應(yīng)的定位機構(gòu)，本發(fā)明上述方案中的水平定位結(jié)構(gòu)可以設(shè)置有相互垂直的第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組4，第一導(dǎo)軌組設(shè)置在設(shè)備支架I的上表面，第二導(dǎo)軌組4設(shè)置在第一導(dǎo)軌組的上方，第一導(dǎo)軌組、第二導(dǎo)軌組4均設(shè)置有兩個平行設(shè)置的單軌;第二導(dǎo)軌組4的下表面設(shè)置有第一滑槽，第一滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝第一導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)第二導(dǎo)軌組4，沿第一導(dǎo)軌組滑動;第二導(dǎo)軌組4的上表面設(shè)置有支撐板5，支撐板5設(shè)置為連接支撐豎直定位結(jié)構(gòu);支撐板5的下表面設(shè)置為第二滑槽，第二滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝第二導(dǎo)軌組4，并設(shè)置為引導(dǎo)支撐板5，沿第二導(dǎo)軌組4滑動。
[0048]具體操作中，可通過上述第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組4的配合滑動，實現(xiàn)待測粘土的水平面的任意點定位；同時，上述導(dǎo)軌優(yōu)選設(shè)置為SBR導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，能夠有效避免測試過程中沉入進入滑軌中所引起的定位誤差或者傾斜等。通過上述支撐板5在第二導(dǎo)軌組4上的滑動，能夠?qū)崿F(xiàn)該滑動方向的定位;通過第二導(dǎo)軌組4在第一導(dǎo)軌組上的滑動，能夠?qū)崿F(xiàn)該滑動方向的定位;基于此，即可實現(xiàn)水平面的任意點定位。
[0049]優(yōu)選地，上述第一滑槽與第二滑槽的側(cè)面均可以設(shè)置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設(shè)置為固定所述第二導(dǎo)軌組4以及所述支撐板5的水平位置。具體操作中，當通過第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組4確定好水平定位結(jié)構(gòu)的水平位置后，即可鎖緊上述兩處位置的鎖緊螺母，進而實現(xiàn)當前水平位置的鎖定，以限制在測試過程中，水平定位結(jié)果發(fā)生偏移誤差;上述鎖緊螺母的設(shè)置能夠有效保證測試過程的穩(wěn)定性。
[0050]相應(yīng)的，豎直定位結(jié)構(gòu)也可以設(shè)置有第三導(dǎo)軌組6和定位圓盤7，定位圓盤7的轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有齒輪結(jié)構(gòu)，第三導(dǎo)軌組6相應(yīng)設(shè)置有齒條結(jié)構(gòu);定位圓盤7的轉(zhuǎn)動動作，設(shè)置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿第三導(dǎo)軌組6的豎直滑動動作;定位圓盤7與第三導(dǎo)軌組6之間設(shè)置有滑套13;滑套13設(shè)置為，套設(shè)在第三導(dǎo)軌組6外側(cè)，連接定位圓盤7，限制定位圓盤7脫離第三導(dǎo)軌組6，以及隨同定位圓盤7豎直滑動;滑套的外側(cè)還連接有電機托板，電機托板設(shè)置為安裝驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動電機9。
[0051]具體操作中，可通過上述定位圓盤7轉(zhuǎn)動，通過滑套以及齒輪齒條結(jié)構(gòu)的配合，以實現(xiàn)定位圓盤7沿所述第三導(dǎo)軌組6的下降操作；需要說明的是，上述豎直定位結(jié)構(gòu)也可以選擇滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述豎直方向上的定位操作，具體原理此處不再贅述。優(yōu)選地，定位圓盤7沿環(huán)向等間距設(shè)置分位孔12，用于控制定位圓盤7旋轉(zhuǎn)周數(shù)。本申請上述技術(shù)方案通過所述豎向定位結(jié)構(gòu)通過齒輪與齒狀結(jié)構(gòu)的咬合，控制豎向定位結(jié)構(gòu)的升降操作;并與水平定位結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成三維定位系統(tǒng)，實現(xiàn)測量位置的三維定位。
[0052]優(yōu)選地，上述豎直定位結(jié)構(gòu)中，第三導(dǎo)軌組6還設(shè)置有數(shù)值標尺，所述豎直標尺設(shè)置在所述驅(qū)動電機9 一側(cè)，所述豎直標尺設(shè)置為觀測所述驅(qū)動機構(gòu)的下降距離;定位圓盤7的邊緣設(shè)置有25個開孔，與齒輪的齒數(shù)相配合，旨在通過開孔轉(zhuǎn)動直觀體現(xiàn)出轉(zhuǎn)軸處齒輪的轉(zhuǎn)動操作;其中，相鄰兩個開孔之間的豎向定位間距為3mm; S卩，定位圓盤7將當前孔轉(zhuǎn)動相鄰孔位置時，驅(qū)動機構(gòu)上升或者下降3mm。上述數(shù)值標尺能夠便于實驗者的實驗操作，能夠?qū)崿F(xiàn)定位數(shù)值的快速讀取，能夠有效提高測試的整體效率。
[0053]優(yōu)選地，定位圓盤7還可以連接有轉(zhuǎn)動手柄8，轉(zhuǎn)動手柄8的端部設(shè)置有卡頭，所述卡頭可所述定位圓盤7邊緣的孔相嵌合;豎直定位操作完成后，所述卡頭設(shè)置為嵌入到所述定位圓盤7邊緣的孔中，以固定所述定位圓盤7防止其轉(zhuǎn)動。當在進行豎向定位時，操作者手握轉(zhuǎn)動與定位圓盤7連接的手柄，順時針旋轉(zhuǎn)向上移動，逆時針旋轉(zhuǎn)向下移動。電機托盤的左側(cè)的數(shù)值標尺，操作時通過觀察指針指示的刻度確定豎向測量位置，待指針指示達到預(yù)定目標的刻度后，將轉(zhuǎn)動搖柄端部卡頭嵌入花盤定位孔中即可。
[0054]為了優(yōu)化相應(yīng)的控制機構(gòu)，本申請上述方案中的控制機構(gòu)可通過如下方案實現(xiàn):
[0055]控制機構(gòu)設(shè)置為驅(qū)動電機提供輸入控制信號，并通過調(diào)整控制信號的輸入速率和信號正負符號，實現(xiàn)對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的調(diào)整，驅(qū)動電機由控制機在終端控制其轉(zhuǎn)向及(0.0I?3600)度/秒?yún)^(qū)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)；
[0056]控制電路連接有控制信號發(fā)生裝置，其設(shè)置為提供控制信號，并通過控制電路控制該發(fā)生裝置生成控制信號的頻率和形式；
[0057]控制電路連接有傳感器信號調(diào)節(jié)裝置，其設(shè)置為對測量傳感器輸出的電信號進行必要的濾波和放大，并根據(jù)不同型號的十字板測頭相互配合使用，以保證不同量程測試結(jié)果的精度;其中，傳感器量程為0-±3N.m，精度為0.3%，靈敏度為2mv/V;
[0058]控制電路連接有測量信號采集裝置，其設(shè)置是將傳感器信號調(diào)節(jié)裝置處理后的傳感器電信號進行采集，并以數(shù)字量的形式傳輸至控制機；
[0059]控制電路所連接的控制機，設(shè)置為對上述數(shù)字量形式的測試結(jié)果進行換算、存儲，并將整個剪切試驗中軟弱粘土剪切強度隨時間的連續(xù)變化過程，以圖形方式實時顯示至屏幕上。
[0060]優(yōu)選地，上述傳感器信號調(diào)節(jié)裝置、控制信號發(fā)生裝置以及測量信號采集裝置，均集成于抗干擾能力強的的機箱內(nèi)。
[0061]圖4僅為本發(fā)明實施例的剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線示意圖；僅供本領(lǐng)域技術(shù)人員參考。如圖4所示，窗口右邊的Su/kPa下面的文本框中顯示的縱坐標值，即為十字板試驗測得的剪切強度，具體為11.6KPa。相關(guān)參數(shù)設(shè)置為，測試時間150秒，測試速率為0.1度/秒，十字板頭量程為0_40KPa。
[0062]需要說明的是，本申請中，十字板處設(shè)置的傳感器，其檢測十字板所受扭矩，并通過相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換放大等操作，最終轉(zhuǎn)換成圖4中顯示的剪切強度值;上述信號檢測轉(zhuǎn)換均屬于本領(lǐng)域中常見的信號檢測操作，故，具體的信號檢測轉(zhuǎn)換不再贅述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本技術(shù)方案的上述提示，在具體實施過程中，可以選擇任意類型的傳感器，以能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩檢測的功能為準;其中，具體選用何種類型的傳感器不受本專利所保護。上述信號的檢測等操作可通過控制電路實現(xiàn)，其組成均屬于本領(lǐng)域常用的電器元件;另外，上述控制電路結(jié)構(gòu)中并不涉及軟件程序的改進。
[0063]本發(fā)明實施例還提供了一種應(yīng)用于上述箱式取樣剪切強度測試裝置的測試方法，具體可以包括如下步驟:
[0064]步驟a:定位操作；
[0065]水平定位操作，通過水平定位結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件定位到，待測箱式取樣器中的待測點正上方；當完成水平定位操作后，鎖緊水平定位結(jié)構(gòu);進而，豎直定位操作，通過豎直定位機構(gòu)，將驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件定位到，待測箱式取樣器中的待測深度處;當完成豎直定位操作后，鎖緊豎直定位結(jié)構(gòu)；
[0066]步驟b:剪切強度測量操作；
[0067]通過控制電路控制驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)角度值;在轉(zhuǎn)動過程中，通過控制電路實時采集十字板所受扭矩值，并結(jié)合相應(yīng)轉(zhuǎn)動角度值，輸出顯示剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖；當曲線圖中峰值出現(xiàn)I分鐘后，停止實驗并確定該峰值為待測粘土的剪切強度值。
[0068]優(yōu)選地，上述操作還包括同一待測點的不同深度的剪切強度測量操作；
[0069]當完成待測點的第一待測深度處的剪切強度測量后，將豎直定位結(jié)構(gòu)解鎖，并通過豎直定位結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件下降定位至第二待測深度處；當完成豎直定位操作后，鎖緊豎直定位機構(gòu);重復(fù)步驟b，測量第二待測深度處的剪切強度值;其中，第一待測深度位于第二待測深度的上方。
[0070]需要說明的是，當需要測量同一個待測點的多個待測深度，重復(fù)上述步驟，重新定位不同的待測深度即可;上述測量過程，需從最高處的待測深度測量，逐次下降測量相應(yīng)的待測深度，上述測量能夠有效避免當前測量操作造成后續(xù)測量的擾動情況。
[0071]優(yōu)選地，上述操作還包括同一待測深度處的多個待測點的剪切強度測量操作；具體為:
[0072]當完成第一待測點的剪切強度測量后，將豎直定位結(jié)構(gòu)解鎖，并退回至初始位置；進而將水平定位結(jié)構(gòu)解鎖，并通過水平定位結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的十字板測試組件定位到第二待測點正上方；當完成水平定位操作后，鎖緊水平定位結(jié)構(gòu);重復(fù)步驟a中的豎直定位操作，完成豎直定位操作;進而，重復(fù)步驟b，測量第二待測點的剪切強度值。需要說明的是，測量第三待測點、第四待測點…等等，參照上述定位操作即可，此處不再贅述。
[0073]優(yōu)選地，還包括，步驟c:擾動強度測量操作；
[0074]通過控制電路控制驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)圈數(shù)，以完成正轉(zhuǎn)方向的土樣擾動；當完成正轉(zhuǎn)方向的土樣擾動后，控制驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動;進而，通過控制電路控制驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)圈數(shù)，以完成反轉(zhuǎn)方向的土樣擾動；當完成反轉(zhuǎn)方向的土樣擾動后，控制驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動；
[0075]通過控制電路控制驅(qū)動機構(gòu)所設(shè)置的驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)啟動，并帶動十字板測試組件轉(zhuǎn)動預(yù)設(shè)角度值;在轉(zhuǎn)動過程中，通過控制電路實時采集十字板所受扭矩值，并結(jié)合相應(yīng)轉(zhuǎn)動角度值，輸出顯示剪應(yīng)力隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖；當曲線圖中峰值出現(xiàn)I分鐘后，停止實驗并確定該峰值為待測粘土的擾動強度值。
[0076]需要說明的是，本申請所涉及的原位強度，具體為海床上(例如，1000米以下，并且承受水壓的情況下)直接進行的測量的剪切強度，并未涉及箱式取樣器的取樣操作;所涉及的原狀剪切強度，具體為通過箱式取樣器從海床上進行取樣后，在箱式取樣器中進行的測量剪切強度操作;所涉及的擾動強度，具體為通過箱式取樣器從海床上進行取樣后，在箱式取樣器中進行的測量擾動強度操作。
[0077]本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，能夠有效解決陸上常規(guī)十字板剪切裝置無法直接測試深水淺層軟弱粘土不排水抗剪強度的缺陷;通過將箱式取樣器直接置于裝置底部，能夠?qū)崿F(xiàn)直接對箱中待測軟粘土進行測試，能夠有效規(guī)避現(xiàn)有十字板剪切強度測試方法中需用取樣管進行“二次取樣”的步驟，減小土樣的擾動，使測試結(jié)果更為真實地反映軟粘土在海床中力學(xué)狀態(tài);通過轉(zhuǎn)角-強度曲線圖形實時顯示軟弱粘土的強度隨轉(zhuǎn)角的變化過程，使得測試結(jié)果更加直觀，并能夠得出連續(xù)的變化過程，為后期的監(jiān)測分析提供全面的數(shù)據(jù);通過在水平定位結(jié)構(gòu)中設(shè)置滑槽結(jié)果，以能夠具有低阻力、高剛性、高精度、運行平穩(wěn)的特點，并有效解決測試過程塵土進入定位系統(tǒng)引起定位困難的問題，且能夠適用于高酸堿、高潮濕的海上惡劣作業(yè)環(huán)境;通過在豎向定位裝置采用定位圓盤結(jié)構(gòu)，并且沿環(huán)向設(shè)置等間距分位孔，通過控制分位孔的數(shù)量，可實現(xiàn)不同精度的豎向定位;在豎向定位時，通過控制定位圓盤的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)豎向的便捷定位以及精準定位;通過將傳感器信號放大裝置、控制信號發(fā)生裝置以及測量信號采集裝置集成于抗干擾能力強的的機箱內(nèi)，并通過控制器及驅(qū)動器隔離設(shè)置，有效地減少驅(qū)動器強電系統(tǒng)對測試過程中各類信號的干擾，進而保證測試數(shù)據(jù)的真實和完整;除了能夠進行海洋深水的剪切強度試驗外，本申請還可以進行軟弱粘土的靈敏度和觸變性試驗，能夠有效提高本申請的適用廣泛性:并能夠通過在完成原狀強度測試后，控制電機勻速轉(zhuǎn)動使軟弱粘土完全擾動，并進行相應(yīng)的擾動強度，能夠有效地規(guī)避人工擾動土樣導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)離散性大、測試結(jié)果不客觀的缺陷。
[0078]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，雖然本發(fā)明實施例所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容僅為便于理解本發(fā)明實施例而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明實施例。任何本發(fā)明實施例所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明實施例所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細節(jié)上進行任何的修改與變化，但本發(fā)明實施例的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于，設(shè)置有設(shè)備支架、驅(qū)動機構(gòu)、定位機構(gòu)、控制機構(gòu);其中， 所述設(shè)備支架設(shè)置有容納待測箱式取樣器的空腔，所述設(shè)備支架的上表面設(shè)置為放置所述定位機構(gòu)； 所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置在所述定位機構(gòu)上，所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設(shè)置為插入到待測粘土并測量其剪切強度； 所述定位機構(gòu)設(shè)置有水平定位結(jié)構(gòu)和豎直定位結(jié)構(gòu)，所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的水平定位;所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置為，實現(xiàn)所述十字板測試組件在所述待測箱式取樣器中的豎直定位； 所述控制機構(gòu)設(shè)置有控制電路，所述控制機構(gòu)設(shè)置為輸出啟動測試指令給所述驅(qū)動機構(gòu)，并設(shè)置為實時讀取所述十字板測試組件的轉(zhuǎn)角值和對應(yīng)的扭矩值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述設(shè)備支架設(shè)置為鋼架結(jié)構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置為放置所述定位機構(gòu)，所述鋼架結(jié)構(gòu)的中間腔體設(shè)置為容納待測箱式取樣器;測試過程中，所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置為，通過所述定位機構(gòu)，沿所述鋼架結(jié)構(gòu)的上表面，進入所述中間腔體放置的待測箱式取樣器中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述設(shè)備支架設(shè)置有調(diào)平結(jié)構(gòu)，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置為調(diào)平螺栓，所述調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述鋼架結(jié)構(gòu)的底部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動電機，所述十字板測試組件設(shè)置有連桿、十字板;其中，所述連桿的頂端設(shè)置為連接所述驅(qū)動電機的輸出軸端，所述連桿的底端設(shè)置為連接所述十字板;所述驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)設(shè)置為測試粘土的原狀剪切強度、擾動強度，所述驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)設(shè)置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動電機設(shè)置為安裝在所述定位機構(gòu)的豎直定位結(jié)構(gòu)中，并設(shè)置為帶動所述十字板測試組件，隨同所述定位機構(gòu)進行定位操作。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述十字板測試組件設(shè)置有傳感器，所述傳感器設(shè)置為實時檢測所述十字板所受扭矩值并輸送給所述控制電路;所述控制電路設(shè)置為，接收存儲所述傳感器的檢測扭矩值，并顯示于所述控制電路所連接的顯示器上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述水平定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有相互垂直的第一導(dǎo)軌組和第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組設(shè)置在所述設(shè)備支架的上表面，所述第二導(dǎo)軌組設(shè)置在所述第一導(dǎo)軌組的上方，所述第一導(dǎo)軌組、第二導(dǎo)軌組均設(shè)置有兩個平行設(shè)置的單軌； 所述第二導(dǎo)軌組的下表面設(shè)置有第一滑槽，所述第一滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第一導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述第二導(dǎo)軌組，沿所述第一導(dǎo)軌組滑動； 所述第二導(dǎo)軌組的上表面設(shè)置有支撐板，所述支撐板設(shè)置為連接支撐所述豎直定位結(jié)構(gòu);所述支撐板的下表面設(shè)置為第二滑槽，所述第二滑槽設(shè)置為套設(shè)安裝所述第二導(dǎo)軌組，并設(shè)置為引導(dǎo)所述支撐板，沿所述第二導(dǎo)軌組滑動； 所述第一滑槽與所述第二滑槽的側(cè)面均設(shè)置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設(shè)置為固定所述第二導(dǎo)軌組以及所述支撐板的水平位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式取樣剪切強度測試裝置，其特征在于， 所述豎直定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有第三導(dǎo)軌組和定位圓盤，所述定位圓盤的轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有齒輪結(jié)構(gòu)，所述第三導(dǎo)軌組相應(yīng)設(shè)置有齒條結(jié)構(gòu);所述定位圓盤的轉(zhuǎn)動動作，設(shè)置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿所述第三導(dǎo)軌組的豎直滑動動作； 所述定位圓盤與所述第三導(dǎo)軌組之間設(shè)置有滑套;所述滑套設(shè)置為，套設(shè)在所述第三導(dǎo)軌組外側(cè)，連接所述定位圓盤，限制所述定位圓盤脫離所述第三導(dǎo)軌組，以及隨同所述定位圓盤豎直滑動； 所述滑套的外側(cè)還連接有電機托板，所述電機托板設(shè)置為安裝所述驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動電機;所述第三導(dǎo)軌組還設(shè)置有數(shù)值標尺，所述豎直標尺設(shè)置在驅(qū)動電機一側(cè)，所述豎直標尺設(shè)置為觀測所述驅(qū)動機構(gòu)的下降距離。
【文檔編號】G01N3/24GK105891015SQ201610399250
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】周楊銳, 周松望, 王建華, 劉劍濤, 蔣正波, 蔣寶凡, 沈志明, 戴少軍, 張照玉, 胡曉明
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司