一种土体力学性能检测装置

本发明涉及土工试验，更具体地涉及一种土体力学性能检测装置。

背景技术：

1、土体作为岩土工程中最基本的工程材料，其力学性能的准确评价直接关系到边坡稳定分析、地基承载力计算、隧道围岩支护设计等一系列工程问题的可靠性与安全性；精确地获取土体的强度、变形及刚度等力学参数，是岩土工程勘察、设计与施工的重要依据，对于节约工期、降低造价、保证工程质量具有重要的现实意义；特别是对于轻质泡沫填充土等新型岩土工程材料，在其投产使用前需要进行严格的压力测试，以确保其力学性能满足工程设计要求。

2、目前，针对泡沫轻质土等土体力学性能的检测，已有一些相关装置被提出；例如，申请号为cn202411441407.8的中国发明专利申请公开了一种泡沫轻质土力学性能检测装置及方法，该装置包括底板，底板的顶部连接有检测机构，所述检测机构包括直线电机，直线电机的底部与底板连接，直线电机的表面套设有滑座，滑座的右侧连接有横板，横板的上方设置有单轴电机，单轴电机的转轴连接有压力传感器；该装置通过设置直线电机、滑座、横板、单轴电机、压力传感器、第一电动推杆、竖管和钻杆，能够使钻杆实现横向移动和竖向移动，从而可调节钻杆的位置，提高了钻杆的灵活性，通过钻杆对地面进行钻孔检测，便于对大面积地面泡沫轻质土层进行钻孔检测，以检测其地面强度，在一定程度上提高了检测装置的适用性；通过将钻杆替换为压板，即可实现对土样的压力检测。

3、然而，上述现有技术仍存在以下不足：该装置仅能够沿纵向（即轴向）对土样进行施压检测，所获取的数据仅限于沿轴向施力方向的土样压力变化数据，而缺少在土样受压产生形变时其侧周方向的横向压力数据变化信息；由于土体在受压过程中，其轴向变形与侧向变形之间存在密切的耦合关系，仅凭单一轴向压力数据难以全面、准确地反映土体的真实力学响应特征，这在一定程度上影响了实验评估的全面性和检测结果的可靠性。

技术实现思路

1、本技术所要解决的技术问题是：如何在土样受压检测过程中，同步获取土样侧周方向的横向压力变化数据，以克服现有技术仅能测量单一轴向压力数据、导致实验评估不够全面的不足。

2、本发明提供如下技术方案：一种土体力学性能检测装置，包括底座、安装于底座顶部且用于容纳待测土样的存料筒、设于存料筒上方以沿竖直方向提供轴向驱动力的轴向驱动件；所述轴向驱动件的伸缩轴通过连接轴与上压板结构固定，用以对土样施加轴向压缩载荷；连接轴的轴面上安装有径向延伸的安装板，安装板下方设有与其垂直布置的连接臂，连接臂的底端穿设有沿前后方向延伸的推送轴，推送轴的两个轴端分别伸入存料筒至少一侧的滑板侧壁上斜向开设的导向槽内；滑板与活动贯穿存料筒侧壁的推杆的一端固定，推杆的另一端与活动设置于存料腔侧部的侧压板结构固定；当所述轴向驱动件向下伸展时，驱动力经连接轴、安装板、连接臂传递至推送轴，驱使推送轴沿导向槽滑移产生法向推力，其水平分量驱动滑板联动推杆及侧压板结构向存料腔中心靠拢，实现纵横压缩载荷协同施加。

3、进一步的，所述存料筒的存料腔沿左右方向的横截面呈凸形截面构型，用以在纵向上为上压板结构提供压缩行程余量，并在横向上为侧压板结构提供进给空间，以避免二者在各自移动路径上因位移叠加而发生干涉；当上压板结构沿纵向运动至极限低位且侧压板结构沿横向进给至极限内收位时，上压板结构的侧壁与侧压板结构的侧壁形成垂直贴合封闭状态，使存料腔的有效容积被压缩至最小。

4、进一步的，所述存料筒的前侧壁开设有前舱口，前舱口的底边铰接有能向上翻转启闭的舱门，所述舱门上设有用于在合拢状态下锁紧前舱口的锁定结构；存料筒的背侧开设有与前舱口口径一致且相对设置的后舱口，后舱口内活动嵌设有与其轮廓适配的推土板，推土板与安装于底座上的卸料驱动件的伸缩轴固定连接，由卸料驱动件驱动推土板沿水平方向前后往复移动；所述前舱口与后舱口的口径大小取决于上压板结构与侧压板结构在侧壁形成垂直贴合时所围合的有效压紧空间在舱口所在平面的投影尺寸。

5、进一步的，所述滑板对置设于存料筒的前舱口与后舱口旁侧的外壁面上，且滑板上设有沿横向延伸的滑轨结构，用于引导滑板在水平方向上的直线运动；同侧对置的两个滑板之间经由横杆连接以形成刚性同步框架，推杆的一端部与该横杆固定，且横杆与推杆的布置位置在竖直方向上相对偏下，以在推送轴随连接臂纵向升降时为推送轴的轴端沿导向槽滑移提供避让空间。

6、进一步的，所述推送轴的轴长为伸入导向槽内部的小段结构，所述连接臂呈分叉状，其两侧叉臂分别绕过同侧对置的两个滑板之间的外侧区域并与对应的推送轴外端固定。

7、进一步的，所述上压板结构包括与连接轴直接连接的上叠板，以及设置于上叠板下方并经由活动穿设于上叠板四周的吊栓实现悬吊连接的下叠板，下叠板在自然状态下与上叠板之间形成环周贯通的导料间隙；上叠板的底壁设有倒锥形凸块，下叠板的中心设有与倒锥形凸块相适配的凹槽，当上叠板与下叠板完全叠合时，所述倒锥形凸块嵌入凹槽中以封堵导料间隙，并使下叠板的底面形成完整的压板平面；沿倒锥形凸块的侧边开设有向上贯通的开口，并在开口上方安装有料斗。

8、进一步的，所述底座的下方设有基座，底座与基座之间通过弹性件弹性连接，以使底座相对于基座具有竖向浮动自由度；基座的上方固设有龙门架，轴向驱动件固定安装于龙门架上；底座的侧边与龙门架的纵向臂杆形成滑动配合；基座的上表面转动安装有转动轴，转动轴的轴面上固定套设有偏心轮，转动轴的轴端与安装于基座上的电机动力连接；偏心轮具有凸出部位，所述凸出部位在偏心轮转动过程中间歇性地顶推底座的底部，使底座相对基座沿竖直方向升降移动，并借助弹性件的弹性力使底座及其承载部件产生升降抖动。

9、进一步的，所述连接轴与轴向驱动件的伸缩轴之间通过套筒对接，套筒具有轴腔，所述轴腔与连接轴的外周壁轴向滑动配合，使连接轴能沿套筒的轴腔伸缩滑动。

10、进一步的，所述侧压板结构为具有壁厚的单压板，单压板活动设置于存料腔侧部；推杆转动设置于横杆与单压板之间，推杆靠近横杆的一端同轴固定有传动轮，传动轮的端面开设有环形槽，所述环形槽内沿周向布设有齿圈；连接臂上固定连接有驱动销，驱动销呈l形，其底端设有齿部，所述齿部能随在连接臂下降初期与环形槽内的齿圈啮合；驱动销的上端滑动贯穿连接臂，且驱动销的侧边与环形槽保持轨道式耦合限位；推杆的转动连接处设有摩擦阻尼件，用于在驱动销未驱动传动轮时保持传动轮及推杆的角位置。

11、进一步的，所述推杆沿轴向设有贯通内腔，贯通内腔的一端用于连接清洗介质供给源；推杆的另一端伸入单压板壁体内的传动腔中，位于传动腔内的推杆端部开设有排流孔，推杆的轴面上同轴固定有斜面凸轮，斜面凸轮靠近存料腔的一侧设有斜面；传动腔的侧壁开设有过流孔，过流孔内活动贯穿有封堵件，封堵件与所述斜面形成抵触配合；封堵件由封板、颈板及耳板一体成型，所述封板与过流孔相适配，所述颈板的截面尺寸小于过流孔的口径，所述耳板滑动设置于传动腔内，且耳板与传动腔的内壁之间通过复位弹簧连接；所述斜面凸轮能随推杆旋转，以通过斜面推抵封堵件沿轴向滑动，使封板开启或封闭过流孔。

12、本发明的技术效果和优点：

13、通过控制轴向驱动件的伸缩轴向下伸展，经由连接轴推动下叠板沿存料筒的存料腔对土样施加纵向压缩载荷，同时利用安装板跟随连接轴同步下降带动连接臂与推送轴下移，使推送轴轴端滑轮与导向槽接触面产生法向推力，借助该法向推力的水平分力引导滑板带动推杆及单压板向腔体中心靠拢，对土样施加横向压缩载荷，从而以单一驱动源实现纵向与横向的协同加载，结构联动紧凑、动作可靠；感压模块在纵横向施压过程中实时采集压力数据并经电信号输送至数据处理模块进行分析处理，能够同步获取土样轴向压缩与侧周方向的横向压力变化数据，克服了现有技术仅能测量单一轴向压力数据的不足，全面反映了土体在受压过程中轴向变形与侧向变形的耦合响应特征，提高了实验评估的全面性与检测结果的可靠性，为土体侧向变形特性及侧压力系数的准确评价提供了可靠的试验依据。