專利名稱：一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪 裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種剪切裝置，特別涉及一種用于在巖土力學(xué)試驗領(lǐng)域中測定粗粒土的強度峰值、殘余抗剪強度及其在干濕循環(huán)作用下的強度參數(shù)的干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置。
背景技術(shù)：
室內(nèi)試驗對土力學(xué)發(fā)展的作用是十分重要的。土力學(xué)的發(fā)展總是伴隨著試驗測試技術(shù)的提高、改進(jìn)和發(fā)展，二者互相促進(jìn)，共同提高。土力學(xué)發(fā)展到今天的實踐證明，沒有現(xiàn)代化的試驗儀器和試驗技術(shù)，也就不可能有現(xiàn)代土力學(xué)的理論成果?，F(xiàn)場試驗不能完全代替室內(nèi)試驗，巖土的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如粒度成分、密度、含水量、可塑性等指標(biāo)，只能通過室內(nèi)試驗測定；測定土的力學(xué)性狀時，室內(nèi)試驗可根據(jù)需要，控制應(yīng)力、應(yīng)變及排水條件， 而原位測試很難做到。甚至有的學(xué)者認(rèn)為，只有室內(nèi)試驗才有可能對土的復(fù)雜特性進(jìn)行研究。地基和巖土建筑物的破壞絕大多數(shù)屬于剪切破壞，因此，準(zhǔn)確確定巖土體的抗剪強度參數(shù)在巖土工程建設(shè)中具有重要意義。目前，直剪試驗用于研究土壤的抗剪強度的室內(nèi)試驗主要方法，其可直接測出試樣在預(yù)定剪破面上的抗剪強度。通常采用四個試樣，分別在不同的垂直壓力P下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時的剪應(yīng)力f，然后根據(jù)庫倫定律確定土的抗剪強度指標(biāo)內(nèi)摩擦角φ和凝聚力c。但由于現(xiàn)有的直剪試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)較為單一， 用于對土壤施加剪切力的剪切盒是獨立設(shè)置，移動不便，且也不能模擬多種天氣及地質(zhì)條件下土壤的狀況，尚不能完全滿足試驗要求，同時上下剪切盒之間是靠滾珠傳動來實現(xiàn)移動，很容易造成上下剪切盒錯位。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有直剪試驗設(shè)備移動不便，且不能模擬多種天氣及地質(zhì)條件下土壤的狀況的技術(shù)問題，本實用新型提供一種可有效模擬多種土壤情況、且移動方便，使用可靠的干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置。為了實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本實用新型的技術(shù)方案是，一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，包括中空且底面開口的上剪切盒、中空且頂面開口的下剪切盒、垂直力千斤頂和水平力千斤頂，所述的上剪切盒設(shè)置于下剪切盒上方且上剪切盒在水平方向上通過水平固定支座固定，所述的下剪切盒可相對于上剪切盒水平運動，所述的垂直力千斤頂設(shè)置于上剪切盒的上方，所述的水平力千斤頂設(shè)置于下剪切盒的側(cè)面，還包括框架，所述的上剪切盒、下剪切盒、垂直力千斤頂和水平力千斤頂均設(shè)置于框架內(nèi)，所述的垂直力千斤頂通過垂直固定裝置固定于框架頂部，所述的水平力千斤頂通過水平固定裝置固定于框架的側(cè)邊上。所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，所述的上剪切盒和下剪切盒的互相接觸面上分別設(shè)有相互匹配的凹槽和凸槽。所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，所述的上剪切盒和下剪切盒之間留有間隙，所述的間隙為2-8mm。所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，所述的上剪切盒和下剪切盒的接觸面環(huán)繞有一用于浸濕土壤的儲水環(huán)，所述的儲水環(huán)為上部開口的槽狀結(jié)構(gòu)。所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，所述的框架內(nèi)設(shè)有加熱裝置。所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，所述的框架設(shè)有開合門。本實用新型的技術(shù)效果在于，使用框架將試驗設(shè)備裝入其中，使得整個直剪設(shè)備可方便的移動，同時在框架內(nèi)加裝了加熱裝置，且框架裝有開合門，即可測試高溫條件下土壤的狀況。上剪切盒和下剪切盒的接觸面是由互相匹配的凸槽和凹槽來定位，免除了原有滾珠傳動易造成剪切盒錯位的情況。上下剪切盒之間設(shè)有儲水環(huán)，可根據(jù)需要來浸濕土壤以測試土壤潮濕時的剪切力情況。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型儲水環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為上剪切盒，2為下剪切盒，3為垂直力千斤頂，4為水平力千斤頂，5為水平固定支座，6為框架，7為垂直固定裝置，8為水平固定裝置，9為儲水環(huán)，10為加熱裝置。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括中空且底面開口的上剪切盒1、中空且頂面開口的下剪切盒2、垂直力千斤頂3和水平力千斤頂4，上剪切盒1設(shè)置于下剪切盒2上方且上剪切盒 1在水平方向上通過水平固定支座5固定，下剪切盒2可相對于上剪切盒1水平運動，垂直力千斤頂3設(shè)置于上剪切盒1的上方，水平力千斤頂4設(shè)置于下剪切盒2的側(cè)面，上剪切盒 1、下剪切盒2、垂直力千斤頂3和水平力千斤頂4均設(shè)置于框架6內(nèi)，垂直力千斤頂3通過垂直固定裝置7固定于框架6頂部，水平力千斤頂4通過水平固定裝置8固定于框架6的側(cè)邊上，框架內(nèi)還設(shè)有加熱裝置10。傳統(tǒng)的直剪儀底座下部裝有滾珠，在剪切時，下剪切盒的移動是通過滾珠的滾動而實現(xiàn)的，在拆卸下盒時滾珠易從滑槽上掉出來，而且滾珠與水平面之間的摩擦力較大，運動方向不是太穩(wěn)定，因此給試驗帶來誤差采用機(jī)械原理，改進(jìn)了原有剪切盒通過滾珠滾動前進(jìn)，而是直接在上剪切盒1和下剪切盒2之間做了凹凸槽，使得剪切盒只能沿直線前進(jìn)， 同時在凹槽內(nèi)滴入足夠的潤滑油減小儀器本身帶來的誤差。傳統(tǒng)的細(xì)粒土直剪儀剪切盒的尺寸為D = 61. 8mm, H = 20mm,在進(jìn)行擾動土的直剪試驗時，需先用擊實法或壓樣法制備好試件，然后用環(huán)刀在制好的試件上取樣。在制好的試件上進(jìn)行環(huán)刀取樣實際上使土經(jīng)受了再次擾動，這樣測得的土的抗剪強度指標(biāo)與真實土體的抗剪強度指標(biāo)可能相差較大。為了減少對土的擾動，提高試驗結(jié)果的精度，滿足具有大粒徑的粗粒土的直剪試驗要求，本大直剪儀對剪切盒的尺寸進(jìn)行了獨特的設(shè)計。將剪切盒的尺寸擴(kuò)大了 10倍左右，具體尺寸為長度X寬度X高度=500mmX500mmX300mm。因此，試樣的剪切面積擴(kuò)大到原來的83. 38倍，試樣的體積增大到原來的1250. 7倍。這樣設(shè)計的理由是，大的剪切盒尺寸更能模擬提的現(xiàn)實情況，同時受到的尺寸效應(yīng)也就越小，同時還能滿足對較大粒徑的粗粒土進(jìn)行的直剪試驗。傳統(tǒng)的細(xì)粒土直剪儀其上下剪切盒是扣在一起的，上剪切盒直接壓在下剪切盒上，這樣測得的剪應(yīng)力就包含了兩部分，一部分是對試樣的剪切力，另一部分是上下盒之間的摩擦力。上下剪切盒之間的摩擦加大了試樣的剪切強度，使得實測強度值高于土體的真實強度。為了消除上下剪切盒之間的摩擦影響，提高試驗結(jié)果的精度，本實用新型對剪切盒進(jìn)行了開縫設(shè)計，將上剪切盒通過螺栓固定在支座上，使上下剪切盒之間有一定間隙，避免了它們直接接觸。上下剪切盒之問的開縫尺寸是有要求的，開縫既不能太大也不能太小。 縫隙尺寸太小，則會造成強度值偏高；若縫隙開得過大，剪切過程中土顆粒會從縫隙掉出來，有效剪切面積減小，并使剪切面上的密度減小，造成強度值偏低。本實用新型上下剪切盒之間開縫尺寸為2-8mm，優(yōu)選為5mm。本實用新型選用了兩種不同的千斤頂作為加載裝置，垂直荷載采用的是液壓分離式的千斤頂，而水平荷載是機(jī)械式的螺旋齒輪千斤頂。在垂直方向，可以克服以前因砝碼的固定而只能施加幾個固定的荷載的問題，本實用新型可以任意的施加IOOkN以內(nèi)的荷載。 而水平方向則可以克服一般千斤頂施力不均勻的問題，通過圓形手柄，可以一圈圈的轉(zhuǎn)動千斤頂?shù)凝X輪來均勻加力。本實用新型采用了框架式結(jié)構(gòu)。不在需要實驗室提供特殊的反力點，同時更為美觀?？蚣?是由槽鋼和鋼板為原材料加工而成，并且框架6在需要烘試樣時可以通過關(guān)上開合門來封閉整個框架，提高烘土的效率。在進(jìn)行直剪試驗時又可將框架6的前后兩面打開，不會影響試驗的進(jìn)行。參見圖2，為了研究試樣在不同浸水條件下的抗剪特性，本實用新型在環(huán)繞剪切盒的接觸面處布置了一個儲水環(huán)9，，儲水環(huán)為上部開口的槽狀結(jié)構(gòu)。在需要時，可以使得剪切面在剪切前后一直處于浸水狀態(tài)。儲水環(huán)9從下剪切盒的中線開始直到上剪切盒的中線， 在試驗過程中，往試樣表面和儲水環(huán)9加水，使儲水環(huán)9儲備足夠的水以保證剪切面一直處于浸水狀態(tài)。即可通過改變試樣的浸水時間這一參數(shù)進(jìn)行碎石土在干濕循環(huán)環(huán)境下的研為了減少剛性剪切盒對試料顆粒在剪切破壞時移動的約束，試樣尺寸必須與試料粒徑問滿足一定的比例關(guān)系。以往的研究多是從試樣直徑(圓形)或?qū)挾?方形)與試料最大粒徑間的關(guān)系進(jìn)行研究，確定出0/(1 !￡或8/(1_的合理比值。本實用新型工作時包括以下步驟試樣制備通過篩分，配制不同含石量的土樣，混合拌合之后，由下剪切盒起，在剪切盒內(nèi)逐層填鋪，用重型擊實錘人工擊實，直至填滿上下兩個剪切盒。試驗步驟(1)試樣制備和安裝。(2)將下剪切盒2安放在反力架的底部滑槽之上，再將上剪切盒1放在下剪切盒 2的上部滑槽之上，并用固定插銷定位將稱好的試樣拌勻后分層裝入剪切盒內(nèi)，層次可根據(jù)高度與層縫錯開的原則而定，一般為或?qū)用恳粚討?yīng)擊實至要求的高度對粘質(zhì)粗顆粒土每層表面刨毛后再填第層重復(fù)上述步驟至最后一層整平表面試樣如需飽和對無粘性粗顆粒土宜用水頭飽和法對粘質(zhì)粗顆粒土宜用真空飽和法。[0029](3)在試樣面上依次放上透水板、傳壓板、垂直千斤頂和傳壓板等，按要求安裝對中，傳壓板應(yīng)用水平尺校平，上下反力鋼梁應(yīng)水平。然后安裝2-4個垂直百分表，徐徐開動垂直千斤頂使各部接觸，并記錄變形起始讀數(shù)，安裝水平千斤頂和水平百分表務(wù)使水平千斤頂?shù)闹€通過剪切面的中心，徐徐開動水平千斤頂，使其與下剪切盒2的著力點接觸即水平百分表開始微動即停止。每組試驗應(yīng)制備至3-5個試樣，其密度差值不得大于
0.03g/cm3，含水率差值不得大于1 %，在不同壓力下進(jìn)行試驗各級垂直壓力級差大致相同。試驗方式的選擇根據(jù)研究的需要，試驗可以分別選擇快剪試驗，固結(jié)快剪試驗以及慢剪試驗等方式。(1)快剪試驗1)按本規(guī)程的規(guī)定安裝試樣和定位，但在試樣上下面接觸處安放與透水板厚度相等的不透水鋼板，在試樣上一次施加額定的垂直荷載，使其在整個試驗過程中保持恒定。2)拔除上下剪切盒的固定銷，記錄垂直水平千斤頂百分表等的讀數(shù)，隨即開動水平千斤頂施加水平荷載，每加一級并測讀次水平百分表和垂直百分表的讀數(shù)，起始水平荷載按垂直荷載的7% -10%施加，當(dāng)某級水平荷載下的剪切位移超過前一級剪切位移的
1.5-2倍時，改為按5%施加每施加一級水平荷載測讀垂直和水平百分表各一次，當(dāng)水平荷載讀數(shù)不再增加或剪切變形急驟增長即認(rèn)為已剪損。若無上述兩種情況出現(xiàn)應(yīng)控制剪切變形達(dá)試樣直徑的1/15-1/10，方可停止試驗。應(yīng)控制試樣在5-lOmin內(nèi)達(dá)到剪切破壞3)試驗結(jié)束后盡快卸去百分表、水平荷載、垂直荷載和加荷設(shè)備。視需要對剪切面作簡要描述。取剪切面附近的試樣，測定其剪切后含水率與顆粒級配。(2)固結(jié)快剪試驗按本規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行試樣安裝和定位，但試樣上下兩面的不透水板換放細(xì)銅絲布和透水鋼板，在試樣上施加垂直荷載后，如每小時垂直變形小于0. 03mm，則認(rèn)為變形穩(wěn)定， 測記此時垂直百分表讀數(shù)。試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后按快剪步驟進(jìn)行剪切。(3)慢剪試驗按本規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行試樣安裝和定位，但試樣上下兩面的不透水板改放細(xì)銅絲布和透水鋼板，按本規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行試樣固結(jié)，試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，拔除上下剪切盒固定銷，檢查垂直千斤頂、水平千斤頂?shù)?，記錄其讀數(shù)。開動水平千斤頂，施加水平荷載每隔Imin 測1記次水平百分表讀數(shù)和垂直百分表讀數(shù)，若Imin內(nèi)剪切變形不超過0.01mm，則施加下一級水平荷載，起始水平荷載每級按垂直荷載的7%-10%施加，當(dāng)某級水平荷載下的剪切位移超過前一級剪切位移的1.5-2倍時，改為按5%施加。當(dāng)水平荷載讀數(shù)不再增加或剪切變形急驟增長即認(rèn)為已剪損。若無上述兩種情況出現(xiàn)應(yīng)控制剪切變形達(dá)試樣直徑的 1/15-1/10，方可停止試驗。試驗結(jié)束后按規(guī)定拆除試樣，并測定其剪切后含水率與顆粒級配。試驗結(jié)果的計算和制圖按下列公式計算垂直壓力和剪應(yīng)力
權(quán)利要求1.一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，包括中空且底面開口的上剪切盒(1 )、中空且頂面開口的下剪切盒(2)、垂直力千斤頂(3)和水平力千斤頂(4)，所述的上剪切盒(1) 設(shè)置于下剪切盒(2)上方且上剪切盒(1)在水平方向上通過水平固定支座(5)固定，所述的下剪切盒(2)可相對于上剪切盒(1)水平運動，所述的垂直力千斤頂(3)設(shè)置于上剪切盒 (1)的上方，所述的水平力千斤頂(4)設(shè)置于下剪切盒(2)的側(cè)面，其特征在于，還包括框架 (6)，所述的上剪切盒(1)、下剪切盒(2)、垂直力千斤頂(3)和水平力千斤頂(4)均設(shè)置于框架(6)內(nèi)，所述的垂直力千斤頂(3)通過垂直固定裝置(7)固定于框架(6)頂部，所述的水平力千斤頂(4)通過水平固定裝置(8)固定于框架(6)的側(cè)邊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，其特征在于，所述的上剪切盒(1)和下剪切盒(2)的互相接觸面上分別設(shè)有相互匹配的凹槽和凸槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，其特征在于，所述的上剪切盒(1)和下剪切盒(2)之間留有間隙，所述的間隙為2-8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，其特征在于，所述的上剪切盒(1)和下剪切盒(2)的接觸面環(huán)繞有一用于浸濕土壤的儲水環(huán)(9)，所述的儲水環(huán)(9)為上部開口的槽狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，其特征在于，所述的框架內(nèi)設(shè)有加熱裝置(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，其特征在于，所述的框架設(shè)有開合門。
專利摘要本實用新型公開了一種干濕循環(huán)大型應(yīng)變控制式直剪裝置，包括上剪切盒、下剪切盒、垂直力千斤頂、水平力千斤頂、框架、儲水環(huán)，本實用新型的技術(shù)效果在于，使用框架將試驗設(shè)備裝入其中，使得整個直剪設(shè)備可方便的移動，同時在框架內(nèi)加裝了加熱裝置，且框架裝有開合門，即可測試高溫條件下土壤的狀況。上剪切盒和下剪切盒的接觸面是由互相匹配的凸槽和凹槽來定位，免除了原有滾珠傳動易造成剪切盒錯位的情況。上下剪切盒之間設(shè)有儲水環(huán)，可根據(jù)需要來浸濕土壤以測試土壤潮濕時的剪切力情況。
文檔編號G01N3/24GK202083598SQ20112008869
公開日2011年12月21日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者曾勝, 李振存, 李文, 甘先永, 趙健 申請人:曾勝, 李振存, 李文, 甘先永, 趙健