專利名稱：氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
土石混合體多為松散堆積體且夾雜有塊碎石，現(xiàn)場取樣進行室內(nèi)試驗非常困難， 現(xiàn)場原位試驗?zāi)軌颢@得抗剪強度及其多項力學(xué)參數(shù)而具有優(yōu)勢?，F(xiàn)有的針對土體和巖體的原 位剪切試驗方法已經(jīng)漸趨成熟，采用以大型千斤頂配套相應(yīng)剛性加載系統(tǒng)來進行原位抗剪試 驗，包括大面積直剪試驗、水平推剪試驗、十字板剪切試驗等，直剪試驗及十字板剪切試驗 由于土石混合體中塊石的存在而無法適用于土石混合體，而推剪試驗也由于滑動面形成受到 塊石的影響而造成C、辦值的計算結(jié)果與實際相比偏差較大。由于土石混合體是一種高度非 連續(xù)體，在施加剪切荷載的過程中土體與巖塊的變形及運動存在著很大的不協(xié)調(diào)性，這就造 成了傳統(tǒng)剛性施加剪切荷載的方法對于原位剪切試驗的結(jié)果影響較大。因此，傳統(tǒng)的針對單 一土體或者巖體的原位剪切試驗技術(shù)并不適合于土石混合體這種特殊工程地質(zhì)材料
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種專用于土石混合體的原位壓剪試驗的裝置。其主要特征是針對 土石混合體的高度非均質(zhì)及非連續(xù)性，在變法向荷載下對試樣施加剪切荷載來獲得土石混合 體的抗剪特性，其剪切面的形成是無約束的。剪切荷載采用柔性加載的方法來施加，采用高 壓氣囊加壓的方法來施加剪切荷載。該裝置能夠如實反映土石混合體中剪切面的形成過程并 有效改善由于剪切荷載剛性加載而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)結(jié)果失真，通過該試驗裝置，可以針對土石混 合體進行抗剪試驗并獲得更能反映實際情況的試驗結(jié)果。
氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置，由氣囊式剪切荷載施加裝置、法向荷載施加裝置 以及雙側(cè)邊界約束裝置構(gòu)成，所述氣囊式剪切荷載施加裝置由氣囊1和氣囊箍2兩部分組成； 法向荷載施加裝置由加載部分以及反力部分組成，其中加載部分由法向千斤頂9、傳力鋼板8、 承壓鋼板IO、滾軸11組成，反力部分由反力鋼板12、鋼絲繩13、旋緊器16以及錨桿14組 成；雙側(cè)邊界約束裝置由側(cè)向千斤頂3、承壓鋼板4、傳力鋼板6、滾軸5組成。
基本原理與技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場土石混合體的實際受力特點，在其法向施加荷載，達到預(yù)定 荷載值后，開始施加剪切荷載并直至材料發(fā)生剪切破壞，通過變化法向荷載的大小從而得到 系列的關(guān)系曲線，從而進一步推導(dǎo)得到相應(yīng)的土石混合體物理力學(xué)參數(shù)。
氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置，由氣囊式剪切荷載施加裝置、法向荷載施加裝置 和雙側(cè)邊界約束裝置構(gòu)成。氣囊式剪切荷載施加裝置由氣囊1和氣囊箍2兩部分組成，首先 選擇合適的原位試驗地點并開挖出預(yù)定尺寸的待測試樣，在試樣前部預(yù)留出約25cm的空間， 將氣囊置入氣囊箍中并保證氣囊全部包入箍環(huán)中以防止氣囊在加壓過程中破裂，氣囊箍周圍 可以適當用土體加固，最后將加壓氣泵與氣囊相連接。
法向荷載施加裝置由加載部分以及反力部分組成，其中加載部分由法向千斤頂9、承壓 鋼板10、法向傳力鋼板8、滾軸11組成，反力部分由反力鋼板12、鋼絲繩13、旋緊器16以 及錨桿14組成。首先布置法向加載裝置，將試樣頂部平面進行平整處理，之后依次放置法向 傳力鋼板8、滾軸11以及承載鋼板10，承壓鋼板10之上放置法向千斤頂9;然后布置反力 裝置，首先在法向千斤頂上布置反力鋼板12，反力提供采用錨桿14牽引鋼絲繩13來提供。
雙側(cè)邊界約束裝置由側(cè)向千斤頂3、承壓鋼板4、側(cè)向傳力鋼板6以及滾軸5組成。首先 在開挖出試樣的兩側(cè)布置反力鋼板7，然后在試樣兩側(cè)依次放置側(cè)向傳力鋼板6、滾軸5以及 承壓鋼板4 ，最后放置側(cè)向千斤頂3 。
最后分別將加壓油泵聯(lián)結(jié)到千斤頂上，法向加載用千斤頂單用一臺油泵，雙側(cè)邊界約束 用千斤頂公用一臺油泵，然后將千分表用磁性底座固定到兩個側(cè)向千斤頂上來量測氣囊行禾呈。


圖1:氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置俯視圖
圖2:氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置A-A剖面圖
1:氣囊；2:氣囊箍；3:側(cè)向千斤頂；4:承壓鋼板；5:滾軸；6:側(cè)向傳力鋼板；7: 反力鋼板；8:法向傳力鋼板；9:法向千斤頂；10:承壓鋼板；11:滾軸；12:反力鋼板； 13:鋼絲繩；14:錨固裝置；15:試樣；16:旋緊器
具體實施方式
1.首先通過加壓油泵給法向千斤頂9施加法向荷載，待壓力到達預(yù)定值后 即可停止加壓，之后除非在施加剪切荷載的過程中法向荷載下降明顯，則可繼續(xù)加壓到預(yù)定 值；
2. 氣囊1加壓采用氣泵，控制加壓速度使得百分表轉(zhuǎn)速基本保持恒定。氣壓表每轉(zhuǎn)過約
50Kpa記錄一組數(shù)據(jù)，具體包括氣囊1壓力表讀數(shù)、法向千斤頂9壓力表讀數(shù)、側(cè)向千斤頂3 壓力表讀數(shù)；
3. 當氣囊1壓力表讀數(shù)達到最大值然后壓力表開始下降時，試樣15己經(jīng)剪切破壞，記錄 下峰值時各個表的讀數(shù)；
4. 變換法向千斤頂9施加的法向荷載大小，繼續(xù)進行下一組試驗。
5. 根據(jù)試驗結(jié)果，進行剪切參數(shù)的推導(dǎo)計算。
權(quán)利要求
1.氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置，主要由氣囊式剪切荷載施加裝置、法向荷載施加裝置以及雙側(cè)邊界約束裝置構(gòu)成，所述氣囊式剪切荷載施加裝置由氣囊(1)和氣囊箍(2)兩部分組成；法向荷載施加裝置由加載裝置以及反力裝置組成，其中加載裝置由千斤頂(9)、法向傳力鋼板(8)、承壓鋼板(10)、滾軸(11)組成，反力裝置由反力鋼板(12)、鋼絲繩(13)、旋緊器(16)以及錨桿(14)組成；雙側(cè)邊界約束裝置由千斤頂(3)、承壓鋼板(4)、傳力鋼板(6)、滾軸(5)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置，氣囊(1)為橡膠制成， 呈囊狀且充氣后可以適當伸縮，滿足土石混合體剪切破壞所需行程要求;氣囊箍(2)為金屬 焊接所成的框架結(jié)構(gòu)，且該框架滿足氣囊壓力作用所需的強度和剛度；法向傳力鋼板(8)、 承壓鋼板(4)及(10)、反力鋼板(12)均為普通鋼板根據(jù)試樣大小切割而成，滿足剛度要 求；滾軸(5)及(11)為光圓鋼筋，長度與承壓鋼板(4)及(10)寬度相等，直徑與鋼板 厚度相當；鋼絲繩(13)通過反力鋼板(12)上的孔眼聯(lián)結(jié)到錨桿(14)的鋼環(huán)上來提供反 力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣囊式土石混合體原位壓剪試驗裝置，氣囊(1)安放時完全 置入氣囊箍中以利于加壓，法向千斤頂(9)安裝在試樣頂部靠近氣囊一側(cè)1/3試樣長度處， 這樣有利于在試驗過程中保持頂部反力裝置的穩(wěn)定性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種專用于土石混合體的原位壓剪試驗的裝置。其主要特征是針對土石混合體的高度非均質(zhì)及非連續(xù)性，在變法向荷載下對試樣施加剪切荷載來獲得土石混合體的抗剪特性，其剪切面的形成是無約束的。剪切荷載采用柔性加載的方法來施加，采用高壓氣囊加壓的方法來施加剪切荷載。該裝置能夠如實反映土石混合體中剪切面的形成過程并有效改善由于剪切荷載剛性加載而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)結(jié)果失真，通過該試驗裝置，可以針對土石混合體進行抗剪試驗并獲得更能反映實際情況的試驗結(jié)果。
文檔編號G01N3/24GK101592576SQ20091008517
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者劉福莉, 曉 李, 李守定, 赫建明 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所