專(zhuān)利名稱(chēng)：用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的儀器，涉及一種由兩塊相同十字板組成且剪切方向相反的雙十字剪切板，該儀器可分別測(cè)試出土體水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值。屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前土體的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)主要有直接剪切試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、扭剪試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及十字板剪切試驗(yàn)等。前四種試驗(yàn)均屬室內(nèi)試驗(yàn)，需取土樣進(jìn)行，取土不可避免地對(duì)土樣進(jìn)行擾動(dòng)，影響試驗(yàn)精度。十字板剪切試驗(yàn)屬原位測(cè)試方法，該方法可避免取土擾動(dòng)的影響，適合于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水抗剪強(qiáng)度，其具有儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，在工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛。但對(duì)于土體而言，由于受固結(jié)程度不同或各向異性的影響，一般情況下在水平方向和豎直方向上的抗剪強(qiáng)度值是不相等的，而十字板剪切試驗(yàn)在抗剪強(qiáng)度值計(jì)算過(guò)程中把土體水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值當(dāng)作相同數(shù)值，因此其計(jì)算方法并不嚴(yán)格，這是十字板剪切儀的一個(gè)不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述儀器及試驗(yàn)方法的不足提供了一種用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀及測(cè)試方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，包括齒輪扭力裝置，扭矩測(cè)量裝置，轉(zhuǎn)軸，單向軸承，連接件，剪切板；所述的齒輪扭力裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的靠近底端的軸身處固定套置單向軸承，剪切板通過(guò)單向軸承和連接件與轉(zhuǎn)軸相連，單向軸承包括上單向軸承和下單向軸承，連接件包括上連接件和下連接件；所述的上連接件與下連接件的縱截面成漏斗形，上連接件和下連接件較寬的一端分別與上單向軸承、下單向軸承固定，上連接件套置在下連接件的外側(cè)；剪切板分成上剪切板與下剪切板且橫截面成十字形，上剪切板和下剪切板分別與上連接件、下連接件固定。本發(fā)明所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，上單向軸承和下單向軸承的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。本發(fā)明所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，上剪切板的中心呈圓管狀，與上連接件連接并套置在下連接件外側(cè)。本發(fā)明所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，上剪切板與下剪切板的大小相等。本發(fā)明所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，上剪切板與下剪切板上下相鄰。本發(fā)明所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，還包括圓錐頭，所述的圓錐頭布置在下剪切板的中心下端。
本發(fā)明所述的用于原位測(cè)試土體的雙十字檢測(cè)儀的檢測(cè)方法，方法如下I)、裝配儀器將上下兩塊剪切板對(duì)齊，壓入測(cè)試土體中；2)、啟動(dòng)儀器進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)齒輪扭力裝置通過(guò)轉(zhuǎn)軸施加某一向扭矩使轉(zhuǎn)軸朝一向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)一組單向軸承帶動(dòng)一塊十字板對(duì)土體進(jìn)行剪切；3)、通過(guò)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出土體剪破時(shí)施加于剪切板上的扭矩的絕對(duì)值M1 ；4)、啟動(dòng)儀器進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)齒輪扭力裝置通過(guò)轉(zhuǎn)軸施加反方向扭矩使轉(zhuǎn)軸朝反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)另一組單向軸承帶動(dòng)另一塊十字板對(duì)土體進(jìn)行剪切；5)、通過(guò)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出土體剪破時(shí)施加于剪切板上的扭矩的絕對(duì)值M2 ；6)、通過(guò)如下公式AM = M1-M2計(jì)算得出土體剪破時(shí)在一個(gè)水平面上的剪應(yīng)力所產(chǎn)生的抵抗力矩，進(jìn)而求解水平方向上的抗剪強(qiáng)度值；7)、將步驟6計(jì)算得出的水平方向上的抵抗力矩AM代入如下公式M3 = M1JAM計(jì)算得出土體剪破時(shí)在豎直面上的剪應(yīng)力所產(chǎn)生的抵抗力矩，進(jìn)而求解豎直方向上的抗剪強(qiáng)度值。有益效果本發(fā)明可分別測(cè)定出土體水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值，克服了常規(guī)十字板剪切儀不能將這兩者分開(kāi)的不足。本發(fā)明通過(guò)分離土體水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值，提高了土體原位抗剪強(qiáng)度值的測(cè)試精度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了各向異性土體的原位測(cè)試，克服了室內(nèi)試驗(yàn)操作復(fù)雜和取土擾動(dòng)的缺點(diǎn)。本發(fā)明可作為各向異性土體研究的新方法，填補(bǔ)各向異性土體現(xiàn)場(chǎng)特性研究的空白。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的雙十字剪切板結(jié)構(gòu)及其與轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接件示意圖3是本發(fā)明的連接件結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的單塊十字剪切板示意圖5是本發(fā)明的十字剪切板橫截面圖6是本發(fā)明的單塊剪切板所剪破的空心圓柱土體形狀 閱圖7是用本發(fā)明在A試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)所測(cè)試的土體不排水抗剪強(qiáng)度隨深度的變化圖;
閱圖8是用本發(fā)明在B試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)所測(cè)試的土體不排水抗剪強(qiáng)度隨深度的變化圖;
圖中1是齒輪扭力裝置，2是扭矩測(cè)量裝置，3是轉(zhuǎn)軸，4是單向軸承，5是連接件，
6是剪切板，7是上剪切板，8是下剪切板，9是上單向軸承，10是下單向軸承，11是上連接件，12是下連接件，13是圓錐頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如圖所示一種用于原位測(cè)試土體的雙十字檢測(cè)儀，包括齒輪扭力裝置1，扭矩測(cè)量裝置2，轉(zhuǎn)軸3，單向軸承4，連接件5，剪切板6，上剪切板7，下剪切板8，上單向軸承9，下單向軸承10，上連接件11，下連接件12，圓錐頭13。齒輪扭力裝置I驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸3，轉(zhuǎn)軸3的靠近底端的軸身處固定套置單向軸承4，剪切板6通過(guò)單向軸承4和連接件5與轉(zhuǎn)軸3相連，單向軸承4包括上單向軸承9和下單向軸承10，連接件5包括上連接件11和下連接件12。上連接件11與下連接件12的縱截面成漏斗形，上連接件11和下連接件12較寬的一端分別與上單向軸承9、下單向軸承10固定， 上連接件11套置在下連接件12的外側(cè)；剪切板6分成上剪切板7與下剪切板8且橫截面成十字形，上剪切板7和下剪切板8分別與上連接件11、下連接件12固定。上單向軸承9 和下單向軸承10的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。上剪切板7的中心呈圓管狀，與上連接件11連接并套置在下連接件12外側(cè)。上剪切板7與下剪切板8的大小相等。上剪切板7與下剪切板8上下相鄰。圓錐頭13布置在下剪切板8的中心下端。用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀的檢測(cè)方法，通過(guò)相鄰的兩塊大小相同的剪切板先后剪切土體，使兩次被剪破的土體有一個(gè)共同的剪切面，由這兩次剪切試驗(yàn)的扭矩計(jì)算出土體水平方向和豎直方向的剪應(yīng)力抵抗力矩，進(jìn)而分別求解水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值。方法如下第一步，將上下兩塊剪切板對(duì)齊，壓入測(cè)試土體中，施加某一向扭矩使轉(zhuǎn)軸朝一向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)一組單向軸承帶動(dòng)一塊十字板對(duì)土體進(jìn)行剪切，通過(guò)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出土體剪破時(shí)施加于剪切板上的扭矩的絕對(duì)值M1 ；第二步，施加反方向扭矩使轉(zhuǎn)軸朝反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)另一組單向軸承帶動(dòng)另一塊十字板對(duì)土體進(jìn)行剪切，通過(guò)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出土體剪破時(shí)施加于剪切板上的扭矩的絕對(duì)值M2。第一次被剪破的土體與第二次被剪破的土體有一個(gè)共同的剪切面，兩次剪切試驗(yàn)的扭矩差就是土體被剪破時(shí)這個(gè)共同剪切面上的剪應(yīng)力所產(chǎn)生的抵抗力矩。設(shè)土體水平方向的抗剪強(qiáng)度值為T(mén) i，豎直方向的抗剪強(qiáng)度值為T(mén)2;單塊剪切板高為a、寬為D，剪切板中心的圓管直徑為d(如圖5)，則被單塊板剪破的土體為一個(gè)空心圓柱體(如圖6)，該空心圓柱土體的內(nèi)直徑與剪切板中心的圓管直徑d相等，外直徑與剪切板的寬度D相等，高度與剪切板的高度a相等。土體剪破時(shí)在一個(gè)水平面上的剪應(yīng)力所產(chǎn)生的抵抗力矩為
權(quán)利要求
1.一種用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，包括齒輪扭力裝置(1)，扭矩測(cè)量裝置(2)，轉(zhuǎn)軸(3)，單向軸承(4)，連接件(5)，剪切板(6);所述的齒輪扭力裝置(I)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸(3)，轉(zhuǎn)軸(3)的靠近底端的軸身處固定套置單向軸承(4)，剪切板(6)通過(guò)單向軸承(4)和連接件(5)與轉(zhuǎn)軸(3)相連，其特征在于單向軸承(4)包括上單向軸承(9)和下單向軸承(10)，連接件(5)包括上連接件(11)和下連接件(12);所述的上連接件(11)與下連接件(12)的縱截面成漏斗形，上連接件(11)和下連接件(12)較寬的一端分別與上單向軸承(9 )、下單向軸承(10 )固定，上連接件(11)套置在下連接件(12 )的外側(cè)；剪切板(6 )分成上剪切板(7 )與下剪切板(8 )且橫截面成十字形，上剪切板(7 )和下剪切板(8 )分別與上連接件(11)、下連接件(12)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，其特征在于上單向軸承(9)和下單向軸承(10)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，其特征在于上剪切板(7)的中心呈圓管狀，與上連接件(11)連接并套置在下連.接件(12)外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，其特征在于上剪切板(7)與下剪切板(8)的大小相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，其特征在于上剪切板(7)與下剪切板(8)上下相鄰。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的雙十字檢測(cè)儀，其特征在于還包括圓錐頭(13)，所述的圓錐頭(13)布置在下剪切板(8)的中心下端。
7.利用權(quán)利要求I所述的用于原位測(cè)試土體的雙十字檢測(cè)儀的檢測(cè)方法，其特征在于方法如下.1)、裝配儀器將上下兩塊剪切板對(duì)齊，壓入測(cè)試土體中；.2)、啟動(dòng)儀器進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)齒輪扭力裝置(I)通過(guò)轉(zhuǎn)軸(3)施加某一向扭矩使轉(zhuǎn)軸朝一向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)一組單向軸承帶動(dòng)一塊十字板對(duì)土體進(jìn)行剪切；.3)、通過(guò)扭矩測(cè)量裝置(2)測(cè)出土體剪破時(shí)施加于剪切板上的扭矩的絕對(duì)值M1；.4)、啟動(dòng)儀器進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)齒輪扭力裝置(I)通過(guò)轉(zhuǎn)軸(3)施加反方向扭矩使轉(zhuǎn)軸朝反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)另一組單向軸承帶動(dòng)另一塊十字板對(duì)土體進(jìn)行剪切；.5)、通過(guò)扭矩測(cè)量裝置(2)測(cè)出土體剪破時(shí)施加于剪切板上的扭矩的絕對(duì)值M2;.6)、通過(guò)如下公式A M=M1 - M2計(jì)算得出土體剪破時(shí)在一個(gè)水平面上的剪應(yīng)力所產(chǎn)生的抵抗力矩，進(jìn)而求解水平方向上的抗剪強(qiáng)度值；.7)、將步驟6計(jì)算得出的水平方向上的抵抗力矩AM代入如下公式M3=M1 - 2 AM計(jì)算得出土體剪破時(shí)在豎直面上的剪應(yīng)力所產(chǎn)生的抵抗力矩，進(jìn)而求解豎直方向上的抗剪強(qiáng)度值。
全文摘要
本發(fā)明是用于原位測(cè)試土體抗剪強(qiáng)度值的儀器，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。單向軸承包括上單向軸承和下單向軸承，連接件包括上連接件和下連接件；上連接件與下連接件的縱截面成漏斗形，上連接件和下連接件較寬的一端分別與上單向軸承、下單向軸承固定，上連接件套置在下連接件的外側(cè)；剪切板分成上剪切板與下剪切板且橫截面成十字形，上剪切板和下剪切板分別與上連接件、下連接件固定。本發(fā)明可分別測(cè)定出土體水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值，克服了常規(guī)十字板剪切儀不能將這兩者分開(kāi)的不足。通過(guò)分離土體水平方向和豎直方向的抗剪強(qiáng)度值，提高了土體原位抗剪強(qiáng)度值的測(cè)試精度。
文檔編號(hào)G01N3/24GK102607965SQ20121006399
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者孫樹(shù)林, 溫文峰 申請(qǐng)人:河海大學(xué)