一種顆粒間膠結(jié)物剪切性能的測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顆粒間膠結(jié)物剪切性能的測試裝置及測試方法，其中測試裝置包括測試平臺，在測試平臺上設(shè)置有分別與一模型球固連的固定塊和滑動塊，在測試平臺的下端設(shè)置有一鉸接支點和一使測試平臺繞鉸接支點擺動的電動升降裝置，滑動塊設(shè)置在固定塊的上端并在電動升降裝置的作用下在固定塊上滑動用于測試位于固定塊和滑動塊上兩模型球之間的粘結(jié)性能；在滑動塊上還設(shè)置有一凹面鏡，在正對該凹面鏡的位置設(shè)置一線光源及一用于獲取所述線光源發(fā)出的光經(jīng)所述凹面鏡后反射光的光感應(yīng)器。本發(fā)明裝置簡單，易于操作，試驗結(jié)果更加精確，能更好的應(yīng)用于界面的粘結(jié)試驗中。
【專利說明】
一種顆粒間膠結(jié)物剪切性能的測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種測試裝置及測試裝置，具體是一種界面粘結(jié)性能的測試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前為止，眾多學(xué)者只是對膠結(jié)完成的整個土體進(jìn)行力學(xué)性能方面的測試，但巖土是由許多微觀顆粒組成，顆粒與顆粒之間的填充物粘結(jié)強(qiáng)度還未得到有效的研究。蔣明鏡等簡化了微觀膠結(jié)力學(xué)模型并提出模型中各參數(shù)的測試方法，為了研究顆粒之間水泥膠結(jié)物力學(xué)性能，其團(tuán)隊采用兩個鋁棒模擬膠結(jié)顆粒，利用水泥以及環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)材料，接著進(jìn)行拉伸、壓縮、壓剪、壓扭等一系列加載試驗檢測膠結(jié)強(qiáng)度，隨后對不同膠結(jié)厚度下的膠結(jié)強(qiáng)度規(guī)律進(jìn)行研究，為了進(jìn)一步探明砂顆粒之間膠結(jié)的粘結(jié)強(qiáng)度，可以利用其研究團(tuán)隊研制的顆粒接觸力學(xué)特性測試裝置進(jìn)行模擬試驗。將微觀膠結(jié)力學(xué)模型引入到離散元程序，從而模擬土體與膠結(jié)物在不同加載條件下的力學(xué)特性及機(jī)理分析，建立土體的膠結(jié)本構(gòu)模型。蔣明鏡將顆粒的粘結(jié)問題簡化成平面問題，將粘接力放大，便于力的施加和位移的測試。由于將棒狀代替球體，因而跟實際的情況有一定的誤差。
[0003]Hai等利用直徑為3mm的玻璃小球模擬砂土顆粒，兩顆小球分別連接在精密軸承臺上面，其中一顆小球連接在帶有硬筋的穩(wěn)定平臺，另一顆連接在帶有偏轉(zhuǎn)光纖的可移動平臺，將整體裝置放入微生物灌漿溶液中，如圖2所示。通過移動平臺帶動光纖偏轉(zhuǎn)從而對兩顆玻璃球之間施加拉力，此設(shè)計裝置很好的評估模擬砂顆粒之間的膠結(jié)力，但是需要使用精密的位移測試和微力施加裝置。該試驗方案通過施加微小的位移來間接的計算出施加的力，這種力有很多的影響因素，如由于光纖尺寸較小，計算光纖抵抗矩時會放大尺寸帶來的誤差，而且位移測試的精度，都會影響試驗結(jié)果的可靠度，而且試驗需要高精度的微小位移作動器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種測試結(jié)構(gòu)簡單、測試方便且測試精確度高的剪切性能測試裝置及測試方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種顆粒間膠結(jié)物剪切性能的測試裝置，包括測試平臺，其特征在于:在所述測試平臺上設(shè)置有分別與一模型球固連的固定塊和滑動塊，在所述測試平臺的下端設(shè)置有一鉸接支點和一使所述測試平臺繞所述鉸接支點擺動的電動升降裝置，所述滑動塊設(shè)置在所述固定塊的上端并在所述電動升降裝置的作用下在所述固定塊上滑動用于測試位于固定塊和滑動塊上兩模型球之間的粘結(jié)性能；在所述滑動塊上還設(shè)置有一凹面鏡，在正對該凹面鏡的位置設(shè)置一線光源及一用于獲取所述線光源發(fā)出的光經(jīng)所述凹面鏡后反射光的光感應(yīng)器;所述升降裝置根據(jù)所述光感應(yīng)器根據(jù)所述反射光進(jìn)入設(shè)定的感應(yīng)位置控制所述升降裝置抬升或降低的高度。
[0007]所述光感應(yīng)器為屏幕或感應(yīng)數(shù)據(jù)處理終端;所述線光源為激光。
[0008]在所述測試平臺上設(shè)置有滑動罩殼和固定罩殼，所述滑動塊設(shè)置在所述滑動罩殼內(nèi)，所述固定塊設(shè)置在所述固定罩殼內(nèi)，所述滑動罩殼位于所述固定罩殼上端，在所述固定罩殼和移動罩殼之間形成有一空腔，所述固定塊和滑動塊上的模型球位于所述空腔內(nèi)，在該空腔內(nèi)連通有用于在兩模型球之間形成膠結(jié)物的注澆通道。
[0009]在所述測試平臺上固定有一固定架，所述固定塊通過固定塊螺栓可調(diào)的安裝在所述測試平臺上，所述固定罩殼通過調(diào)整把手可調(diào)的安裝在所述固定架上。
[0010]在所述固定塊與固定罩殼之間設(shè)置有滾珠。
[0011 ] 一種測試顆粒間膠結(jié)物剪切性能的方法，其特征在于，步驟為:
[0012]步驟一、將形成有膠結(jié)物的滑動塊和固定塊放置在呈水平的測試平臺上，將固定塊與測試平臺固定；
[0013]步驟二、根據(jù)膠結(jié)物的厚度確定膠結(jié)物破壞時滑動塊滑動的距離，并根據(jù)這一距離確定光感應(yīng)器設(shè)定的感應(yīng)位置；
[0014]步驟三、通過電動升降裝置逐步抬升測試平臺一端，當(dāng)反射光到達(dá)感應(yīng)位置時，停止抬升測試平臺，得到測試平臺的傾斜角度；
[0015]步驟四、根據(jù)步驟三得到的傾斜角度計算剪切時的粘結(jié)力:
[0016]F=Gsin0-yGcos0
[0017]其中，F(xiàn)為顆粒剪切時的粘結(jié)力，f為滑動塊與固定塊之間的摩擦力，G為滑動塊的重量，μ為摩擦系數(shù)。
[0018]所述膠結(jié)物破壞時滑動塊滑動的距離為所述模型球半徑的5?8%。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置簡單，易于操作，試驗結(jié)果更加精確，能更好的應(yīng)用于界面的粘結(jié)試驗中，滑動塊位于固定塊的上端，通過固定塊自身的重量可施加載荷在模球間，能更加真實的反映顆粒間相互作用下的剪切性能，與實際更加相符，測試結(jié)果更有針對性和適用性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明測試裝置剪切測試狀態(tài)圖；
[0022]圖3是凹面鏡位移測試原理圖。
[0023]其中:1、測試平臺；2、滑動塊;21、滑動罩殼;3、固定塊;31、固定罩殼;32、滑動面；33、擋板;4、固定架;5、調(diào)整把手;6、滾珠;7、出漿口；8、注漿口；9、模型球;10、凹面鏡；11、鉸接支點；12、升降裝置;13、膠結(jié)物;14、線光源;15、光感應(yīng)器。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)說明:
[0025]如圖1所示，本發(fā)明測試裝置包括:
[0026]制作兩個邊長為30mm*50mm*30mm的模塊，一個為滑動塊2，一個為固定塊3，其中固定塊3固定在剛性的測試平臺I上，滑動塊2通過導(dǎo)軌安裝在固定塊3上并可在固定塊上相對滑動。選取2-3_直徑硅顆粒圓球作為模擬土顆粒的模型球9，模型球9分別與兩個模塊相連接。測試平臺I 一端鉸接一端擱置在位移電動升降裝置12上。在滑動塊2上還安裝有一凹面鏡10，在正對該凹面鏡的位置設(shè)置一線光源14及一用于獲取線光源發(fā)出的光經(jīng)凹面鏡后反射光的光感應(yīng)器15。
[0027]為了膠結(jié)物與模型球在測試平臺上成型，將滑動塊2和固定塊3分別放置在一滑動罩殼21和固定罩殼31內(nèi)，滑動罩殼21通過設(shè)置在固定罩殼31上的導(dǎo)軌在固定罩殼上滑動，在固定罩殼上還設(shè)置有用于限位的擋板33，防止滑動罩殼在滑動時跌落。固定罩殼31與測試平臺上的固定架4通過調(diào)整把手5連接，為了便于調(diào)整固定塊與滑動塊之間膠結(jié)物的厚度，固定塊通過固定塊螺栓可調(diào)的安裝在測試平臺上并可在固定罩殼31內(nèi)滑動，滑動界面設(shè)置有降低摩擦的滾珠6。由滑動罩殼21和固定罩殼31構(gòu)成的罩殼結(jié)構(gòu)內(nèi)圍合有一用于注漿的空腔，與該空腔連通的有注漿口 8和出漿口 7。
[0028]測試試驗前先通過注漿口進(jìn)行注漿，待注漿及膠結(jié)完成之后進(jìn)行界面粘結(jié)性能試驗。對樣品采用相關(guān)菌種(如巴氏芽孢桿菌)進(jìn)行注漿。
[0029]剪切試驗:
[0030]—種測試顆粒間膠結(jié)物剪切性能的方法，步驟為:
[0031]步驟一、將形成有膠結(jié)物的滑動塊和固定塊放置在呈水平的測試平臺上，將固定塊與測試平臺固定；
[0032]步驟二、根據(jù)膠結(jié)物的厚度確定膠結(jié)物破壞時滑動塊滑動的距離，并根據(jù)這一距離確定光感應(yīng)器設(shè)定的感應(yīng)位置；
[0033]步驟三、通過電動升降裝置逐步抬升測試平臺一端，當(dāng)反射光到達(dá)感應(yīng)位置時，停止抬升測試平臺，得到測試平臺的傾斜角度；
[0034]步驟四、根據(jù)步驟三得到的傾斜角度計算剪切時的粘結(jié)力:
[0035]F=Gsin0-yGcos0
[0036]其中，F(xiàn)為顆粒剪切時的粘結(jié)力，f為滑動塊與固定塊之間的摩擦力，G為滑動塊的重量，μ為摩擦系數(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種顆粒間膠結(jié)物剪切性能的測試裝置，包括測試平臺，其特征在于:在所述測試平臺上設(shè)置有分別與一模型球固連的固定塊和滑動塊，在所述測試平臺的下端設(shè)置有一鉸接支點和一使所述測試平臺繞所述鉸接支點擺動的電動升降裝置，所述滑動塊設(shè)置在所述固定塊的上端并在所述電動升降裝置的作用下在所述固定塊上滑動用于測試位于固定塊和滑動塊上兩模型球之間的粘結(jié)性能；在所述滑動塊上還設(shè)置有一凹面鏡，在正對該凹面鏡的位置設(shè)置一線光源及一用于獲取所述線光源發(fā)出的光經(jīng)所述凹面鏡后反射光的光感應(yīng)器;所述升降裝置根據(jù)所述光感應(yīng)器根據(jù)所述反射光進(jìn)入設(shè)定的感應(yīng)位置控制所述升降裝置抬升或降低的高度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于:所述光感應(yīng)器為屏幕或感應(yīng)數(shù)據(jù)處理終端;所述線光源為激光。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測試裝置，其特征在于:在所述測試平臺上設(shè)置有滑動罩殼和固定罩殼，所述滑動塊設(shè)置在所述滑動罩殼內(nèi)，所述固定塊設(shè)置在所述固定罩殼內(nèi)，所述滑動罩殼位于所述固定罩殼上端，在所述固定罩殼和移動罩殼之間形成有一空腔，所述固定塊和滑動塊上的模型球位于所述空腔內(nèi)，在該空腔內(nèi)連通有用于在兩模型球之間形成膠結(jié)物的注澆通道。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試裝置，其特征在于:在所述測試平臺上固定有一固定架，所述固定塊通過固定塊螺栓可調(diào)的安裝在所述測試平臺上，所述固定罩殼通過調(diào)整把手可調(diào)的安裝在所述固定架上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試裝置，其特征在于:在所述固定塊與固定罩殼之間設(shè)置有滾珠。6.—種基于權(quán)利要求1所述測試裝置測試顆粒間膠結(jié)物剪切性能的方法，其特征在于，步驟為: 步驟一、將形成有膠結(jié)物的滑動塊和固定塊放置在呈水平的測試平臺上，將固定塊與測試平臺固定； 步驟二、根據(jù)膠結(jié)物的厚度確定膠結(jié)物破壞時滑動塊滑動的距離，并根據(jù)這一距離確定光感應(yīng)器設(shè)定的感應(yīng)位置； 步驟三、通過電動升降裝置逐步抬升測試平臺一端，當(dāng)反射光到達(dá)感應(yīng)位置時，停止抬升測試平臺，得到測試平臺的傾斜角度； 步驟四、根據(jù)步驟三得到的傾斜角度計算剪切時的粘結(jié)力:Fi = Gsin0-uGcos0 其中，F(xiàn)1為顆粒剪切時的粘結(jié)力，f為滑動塊與固定塊之間的摩擦力，G為滑動塊的重量，μ為摩擦系數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述膠結(jié)物破壞時滑動塊滑動的距離為所述模型球半徑的5?8%。
【文檔編號】G01N19/04GK105891108SQ201610184811
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】王照宇, 王洪霞, 李以勤, 沈道健, 金勇 , 李奇, 楊思晨
【申請人】鹽城工學(xué)院