(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210663760.5 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 富海鹰　张迎宾　张世豪　贺建先　 李得建　余鹏程　赵炼恒　黄达　 张俊云　程肖　 (74)专利代理 机构 西安正华恒远知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61271 专利代理师 傅晓 (51)Int.Cl. G01N 3/24(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 基于振动台的土石混合体多向动态剪切测 试系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于振动台的土石混合 体多向动态剪切测试系统及方法， 包括： 控制系 统、 与控制系统通信连接的振动台、 设置在振动 台顶端的剪切盒、 以及与控制系统通信连接的动 力机构； 振动台的四周设置有振动台基础、 以及 设置在振动台基础上的水平作动器， 每个水平作 动器的输出端与振动台的四周的侧壁连接且位 于同一平面； 振动台基础上设置有反力架， 反力 架上设置有竖向作动器， 竖向作动器的输出端与 剪切盒的顶端连接， 动力机构根据控制系统的指 令对水平作动器和竖向作动器提供动力源。 本发 明通过水平作动器和竖向作动器、 振动台实现多 方向独立应力加载， 真实的模拟 土石混合体在多 向地震作用下的力学 特性。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114755117 A 2022.07.15 CN 114755117 A 1.一种基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在于， 包括： 控制系统 （1） 、 与所述控制系统 （1） 通信连接的振动台 （2） 、 设置在所述振动台 （2） 顶端的剪切盒 （3） 、 以及与所述控制系统 （1） 通信连接的动力机构 （4） ； 所述振动台 （2） 的四周设置有振动台基础 （201） 、 以及设置在所述振动台基础 （201） 上 的水平作动器 （202） ， 每个所述水平作动器 （202） 的输出端与所述振动台 （2） 的四周的侧壁 连接且位于同一平面； 所述振动台基础 （201） 上设置有反力架 （203） ， 所述反力架 （203） 上设置有竖向作动器 （204） ， 所述竖向作动器 （204） 的输出端与所述剪切盒 （3） 的顶端连接， 所述动力机构 （4） 根 据所述控制系统 （1） 的指令对所述水平作动器 （202） 和所述竖向作动器 （204） 提供动力源； 所述水平作动器 （202） 和所述剪切盒 （3） 上分别设置有与所述控制系统 （1） 通信连接的 位移传感器 （5） ， 所述振动台 （2） 上设置有与所述控制系统 （1） 通信连接的加速度传感器 （6） 。 2.根据权利要求1所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在 于， 所述剪切盒 （3） 包括设置在所述振动台 （2） 的顶端的底座 （301） 、 以及设置在所述底座 （301） 顶端的上压头 （302） ， 所述底座 （301） 远离所述振动台 （2） 的一端与所述上压头 （302） 之间设置用于密封试样的有橡皮膜， 所述橡皮膜的外围套设有多个轴向重叠放置的叠环 （303） ， 所述位移传感器 （5） 设置在所述上压头 （302） 的侧壁， 所述竖向作动器 （204） 的输出 端与所述上压 头 （302） 的顶端连接 。 3.根据权利要求2所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在 于， 顶端的所述叠环 （3 03） 的两侧至底端的所述叠环 （3 03） 的两侧设置有限位螺 栓 （7） 。 4.根据权利要求2所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在 于， 所述竖向作动器 （204） 与所述上压 头 （302） 之间通过钢板 （8） 连接 。 5.根据权利要求2所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在 于， 所述底座 （3 01） 通过固定 螺栓与所述振动台 （2） 螺纹连接 。 6.根据权利要求2至5任一项所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在于， 所述控制系统 （1） 包括电脑端 （101） 、 与所述电脑端 （101） 通信连接的振动控制 器 （102） 、 与所述振动控制器 （102） 通信连接的伺服控制器 （103） ， 所述振动控制器 （102） 根 据所述电脑端 （101） 的指令驱动所述伺服控制器 （103） 对所述动力机构 （4） 发出控制指令， 位移传感器 （5） 、 加速度传感器 （6） 分别与所述振动控制器 （102） 通信连接 。 7.根据权利要求6所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统， 其特征在 于， 所述动力机构 （4） 包括分别与所述竖向作动器 （204） 以及多个所述水平作动器 （202） 动 力连接的液压控制系统 （401） 、 以及用于为所述液压控制系统 （401） 提供动力的蓄能器 （402） ， 所述液压控制系统 （401） 与所述伺服控制器 （10 3） 通信连接 。 8.基于权利要求1至7任一项所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统 的测试方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 检查测试系统， 然后对 控制系统 （1） 进行指令设置； S2： 通过操作动力机构 （4） 抬 升竖向作动器 （204） ， 按照试验要求在剪切盒 （3） 内放入试 样， 然后在剪切盒 （3） 上安装位移传感器 （5） ， 并调整竖向作动器 （204） 和位移传感器 （5） 的 数值；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114755117 A 2S3： 开启控制系统 （1） ， 先通过动力机构 （4） 控制竖向作动器 （204） 按照一定速率施加法 向拉/压力； 待荷载稳定后， 然后再通过动力机构 （4） 控制振动台 （2） 并按照控制系统 （1） 预 先输入的指令给试样施加水平剪力， 直至试样破坏， 并根据配置的高清摄像机记录试样剪 切面破坏过程； S4： 步骤S3中的剪切位移达到设定行程后， 控制系 统 （1） 停止剪切行程， 同时保存数据 并卸除竖向作动器 （204） 的竖向压力， 然后基于控制系统 （1） 采集的数据进 行试验数据分析 及处理， 对试样力学测试性能进行评价； S5： 试验完成后， 将试样从剪切盒 （3） 内取出， 并对剪切盒 （3） 进行清理并关闭测试系 统。 9.根据权利要求8所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统的测试方 法， 其特征在于， 步骤S1中在剪切盒 （3） 上重叠放置叠环 （303） ， 然后对控制系统 （1） 中的电 脑端 （101） 进行指令设置； 步骤S3中通过动力机构 （4） 控制振动台 （2） 并按照控制系统 （1） 的电脑端 （101） 预先输 入的指令给试样施加水平剪力， 直至试样破坏； 电脑端 （101） 将对剪切荷载、 剪切位移、 法向 荷载、 法向位移进行实时自动采集和保存， 并根据配置的高清摄像机记录试样剪切 面破坏 过程。 10.根据权利要求8所述的基于振动台的土石混合体多向动态剪切测试系统的测试方 法， 其特征在于， 步骤S4中对试样力学测试性能进行评价时， 首先获取剪切力 ‑剪切位移曲 线、 不同应变率条件下的强度参数、 土石混合体参数衰减规律， 再对获取的剪切力 ‑剪切位 移曲线、 不同应变率条件下 的强度参数和土石混合体参数衰减规律进行分析处理， 从而得 到土石混合体的内摩擦角 和黏聚力C 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114755117 A 3