本實用新型屬于土木工程領域，具體涉及一種廢舊輪胎片體抗剪強度測試裝置。
背景技術：
汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，廢舊輪胎污染問題正越來越嚴重地威脅著人類生存的環(huán)境。作為最大輪胎生產國及消費國之一，我國每年報廢輪胎數量達2.5億之多。其傳統(tǒng)處理方式諸如：焚燒、填埋、堆存、土法煉油等。這不僅造成了大量資源浪費，也帶來了環(huán)境污染、消防安全、疾病傳播等諸多問題。橡膠材料具有壽命長、重量輕、透水性強、防凍、抗震性能好等工程特性，近年來，很多研究人員將廢舊輪胎片體運用到土木工程領域，該方法能夠改善土體透水性，通過增大土體內摩擦角，提高抗剪強度；同時減輕了土體自重，使得路基不均勻沉降問題得到緩解。該片體作為擋墻回填土填料時，能顯著減小靜止、被動土壓力，優(yōu)化土體結構。此外，不同于現(xiàn)有的橡膠膠粉應用技術，對輪胎片體的直接土工利用更具有施工工藝簡單，生產、維修成本低廉等優(yōu)點，具備更為廣闊的發(fā)展與應用前景，將廢舊輪胎運用到土木工程領域也可減少環(huán)境污染、循環(huán)利用，發(fā)展綠色經濟。
目前沒有直接對廢舊輪胎片體的抗剪強度進行測試的裝置或系統(tǒng)，無法對廢舊輪胎片體的抗剪強度給出評價，無法將不同的廢舊輪胎片體按需求應用到不同的狀況中去，無法對廢舊輪胎片體得到很好的利用。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種廢舊輪胎片體抗剪強度測試裝置，本裝置是廢舊輪胎片體大型直剪儀，能準確測出大尺寸廢舊輪胎片體和混合砂、混凝土等材料的廢舊輪胎片體混合物的抗剪強度。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術方案：
廢舊輪胎片體抗剪強度測試裝置，包括用于盛裝試樣的上部剪切箱和下部剪切箱，所述下部剪切箱設置于導軌上，所述上部剪切箱頂部設有對其施加豎向作用力的豎向力施加裝置，所述下部剪切箱側部設有對其施加橫向作用力的橫向力施加裝置；所述上部剪切箱和豎向力施加裝置之間設置第一壓力檢測元件，所述下部剪切箱和橫向力施加裝置之間設置第二壓力檢測元件，所述第一壓力檢測元件和第二壓力檢測元件均與數據采集系統(tǒng)通信。
將下部剪切箱設置于導軌上，在進行剪切試驗時，橫向力施加裝置推動下部剪切箱，下部剪切箱沿導軌移動，豎向力施加裝置對上部剪切箱施加豎向作用力，第一壓力檢測元件和第二壓力檢測元件分別采集豎向作用力和下部剪切箱橫向的抵抗力，最終獲得試樣的抗剪強度。
優(yōu)選的，所述上部剪切箱頂部設置有承壓板，所述豎向力施加裝置放置于承壓板上。豎向力施加裝置通過承壓板給上部剪切箱提供豎向作用力，避免豎向力施加裝置直接給上部剪切箱施加力，而導致上部剪切箱受到的壓力不均。
所述下部剪切箱側部與位移監(jiān)測元件連接，位移監(jiān)測元件與數據采集系統(tǒng)通信。位移監(jiān)測元件監(jiān)測采集下部剪切箱的水平位移量。
所述上部剪切箱為下部開口的箱體結構，所述下部剪切箱為上部開口的箱體結構，所述上部剪切箱和下部剪切箱相對設置。上部剪切箱的下部開口和下部剪切箱的上部開口相對設置，構成整體剪切箱，在剪切試驗時帶動下部剪切箱移動，在上部剪切箱和下部剪切箱之間進行試樣剪切。
優(yōu)選的，所述上部剪切箱和下部剪切箱的箱體均為鋼材制成。保證上部剪切箱和下部剪切箱能夠承受較大的水平和垂直荷載。
進一步優(yōu)選的，所述上部剪切箱和下部剪切箱的箱體外壁設置有膠合板。確保上部剪切箱和下部剪切箱的外壁不會發(fā)生扭曲。
進一步優(yōu)選的，所述上部剪切箱和下部剪切箱的箱體內壁嵌有塑料平板?？梢詼p少上部剪切箱和下部剪切箱內的垂直摩擦。
廢舊輪胎片體抗剪強度測試方法，包括以下步驟：
（1）將上部剪切箱和下部剪切箱對應設置，并固定下部剪切箱；
（2）將被測試樣分多次填滿上部剪切箱和下部剪切箱，并分別壓實；
（3）用豎向力施加裝置對上部剪切箱施加設定豎向作用力；
（4）松開下部剪切箱，用橫向力施加裝置以恒定的設定速率移動下部剪切箱；
（5）測試結束，釋放豎向作用力，將下部剪切箱返回至初始位置，并取出被測試樣。
所述步驟（4）中，若出現(xiàn)實際豎向作用力值在設定豎向作用力值周圍波動，則對橫向力施加裝置進行調整。
所述測試方法還包括以下步驟：以多個設定豎向作用力，進行多次測試，獲得每次測試的最大剪切強度并記錄。
本實用新型的有益效果為：
本實用新型的測試裝置通過豎向力施加裝置提供豎向作用力，通過橫向力施加裝置給試樣提供剪切力，很方便的進行剪切試驗，同時由壓力監(jiān)測元件和位移監(jiān)測元件采集相關壓力、位移數據，能更為準確的測出廢舊輪胎片體的抗剪強度。
本實用新型測試裝置剪切箱的強度高，能夠承受較大的水平和垂直載荷，且其內壁垂直摩擦小，外壁不會發(fā)生扭曲，更大程度的保證測試裝置的安全性，保證測試結果的準確性。
本實用新型的測試方法，操作簡單，同時可以自動監(jiān)測采集相關數據，可以方便、準確的測試廢舊輪胎片體的抗剪強度。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例所提供的一種測試裝置結構示意圖；
圖中，1為上部剪切箱，2為下部剪切箱，3為承壓板，4為導軌，5為豎向力施加裝置，6為壓力監(jiān)測元件，7為位移監(jiān)測元件，8為數據采集系統(tǒng)，9為橫向力施加裝置。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
如圖1所示，廢舊輪胎片體抗剪強度測試裝置，用于盛裝試樣的上部剪切箱1和下部剪切箱2，上部剪切箱1和下部剪切箱2的尺寸均為79cm寬，80cm長，61cm高。下部剪切箱2設置于導軌4上，上部剪切箱1頂部設有對其施加豎向作用力的豎向力施加裝置5，下部剪切箱2側部設有對其施加橫向作用力的橫向力施加裝置9；上部剪切箱1和豎向力施加裝置5之間設置壓力檢測元件6，測量垂直覆蓋力；下部剪切箱2和橫向力施加裝置9之間設置壓力檢測元件6，測量剪切試驗時的水平剪切抵抗力；壓力檢測元件6與數據采集系統(tǒng)8通信，能夠在剪切試驗中自動記錄位移量，水平抗剪抵抗力和垂直覆蓋力。本實施例中壓力監(jiān)測元件采用壓力傳感器，位移監(jiān)測元件采用線性變量位移變壓器，承壓板采用混凝土承載板，豎向力施加裝置和橫向力施加裝置均采用液壓千斤頂。
將下部剪切箱2設置于導軌4上，在進行剪切試驗時，橫向力施加裝置9推動下部剪切箱2，下部剪切箱2沿導軌4能在水平方向平穩(wěn)滑動，豎向力施加裝置5對上部剪切箱1施加豎向作用力，壓力檢測元件6分別采集豎向作用力和下部剪切箱橫向的抵抗力，最終獲得試樣的抗剪強度。
上部剪切箱1頂部設置有承壓板3，豎向力施加裝置5放置于承壓板3上。豎向力施加裝置5通過承壓板3給上部剪切箱1提供豎向作用力，避免豎向力施加裝置5直接給上部剪切箱1施加力，而導致上部剪切箱1受到的壓力不均。
下部剪切箱2側部與位移監(jiān)測元件7連接，位移監(jiān)測元件7與數據采集系統(tǒng)8通信。位移監(jiān)測元件7監(jiān)測采集下部剪切箱2的水平位移量。
上部剪切箱1為下部開口的箱體結構，下部剪切箱2為上部開口的箱體結構，上部剪切箱1和下部剪切箱2相對設置。上部剪切箱1的下部開口和下部剪切箱2的上部開口相對設置，構成整體剪切箱，在剪切試驗時帶動下部剪切箱移動，在上部剪切箱1和下部剪切箱2之間進行試樣剪切。
上部剪切箱1和下部剪切箱2的箱體均為建筑鋼材制成。保證上部剪切箱和下部剪切箱能夠承受較大的水平和垂直荷載。
上部剪切箱1和下部剪切箱2的箱體外壁設置有膠合板。可以采用2.54mm的膠合板，確保上部剪切箱和下部剪切箱的外壁不會發(fā)生扭曲。
上部剪切箱1和下部剪切箱2的箱體內壁嵌有光滑的塑料平板。可以減少上部剪切箱和下部剪切箱內的垂直摩擦。
本實用新型的原理為：
當土體在外部荷載作用下發(fā)生剪切破壞時，作用在剪切面上的極限剪應力就稱為土的抗剪強度。進行直剪試驗時，先由加荷板施加法向壓力P ，土樣產生相應的壓縮ΔS，然后再在下盒施加水平向力，使其產生水平向位移ΔL，從而使土樣沿著上盒和下盒之間預定的橫截面承受剪切作用，直至土樣破壞。假設這時土樣所承受的水平向推力為T，土樣的水平橫斷面面積為A，那么，作用在土樣上的法向應力則為σ＝P/A，而土的抗剪強度就可以表示為τf＝T/A。然后，以τf作為縱坐標軸，以σ作為橫坐標軸，就可繪制出土的抗剪強度τf和法向應力σ的關系曲線。
對于砂土而言，f與σ的關系曲線是通過原點的，而且，它是與橫坐標軸呈φ角的一條直線。該直線方程為：
τf＝σtgφ (1)
式中：τf——砂土的抗剪強度(kN/m２ )；
σ——砂土試樣所受的法向應力(kN/m２ )；
φ——砂土的內摩擦角(°)。
對于粘性土和粉土而言，τf和σ之間的關系基本上仍呈一條直線，但是，該直線并不通過原點，而是與縱坐標軸形成一截距c，其方程為：
τf＝c+σtgφ (2)
式中：c ——粘性土或粉土的粘聚力(kN/m２ )；
其余符號的意義與前相同。
本實用新型測試方法的具體實施步驟為：
砂的大型剪切試驗：
（1）對齊上下剪切箱，并固定下部剪切箱。
（2）分3次填滿并壓實下部剪切箱，使其達到預定的干密度（1810kg/m3）。砂保持4%的含水率以便壓縮。當試樣分成壓縮的時候，確保剪切箱的剪切面大約在壓實層的中間。如果剪切面在兩個壓實層的交界面上的話，得到的剪切強度會偏小和不具有代表性。
（3）用第（2）步的方法填滿并壓實上部剪切箱。
（4）在上剪切箱中的砂上加載一個鋼筋混凝土板，并將一個壓力傳感器放在鋼筋混凝土板上，然后在壓力傳感器上的放置垂直液壓活塞。液壓油缸提供動力壓動活塞獲得想要得到的垂直壓力，并記錄垂直形變。在整個試驗過程中，由垂直方向的液壓千斤頂提供垂直壓力。
（5）把水平壓力傳感器和線性變量位移變壓器讀數清零。
（6）解開下部剪切箱，用水平方向上的液壓千斤頂以22mm/min的恒定速率移動下部剪切箱。水平方向上的抵抗力、下部剪切箱水平方向上位移量和垂直方向上的壓力會自動被數據收集系統(tǒng)記錄。數據采集速率大約為每水平位移1mm讀40個讀數。在每一次的剪切試驗中，如發(fā)現(xiàn)實際的垂直壓力在目標垂直壓力周圍浮動，應對水平液壓活塞手動調整，使垂直壓力接近目標壓力。
（7）關注水平力的峰值，繼續(xù)測試，直到觀察到的剪切強度平穩(wěn)或達到最大的剪切位移。
（8）試驗結束后，抬起垂直活塞并釋放垂直壓力，將下剪切箱返回到原來的位置，并去除剪切箱中的材料。
（9）對于每一個新的剪切試驗，材料不能重復使用。
試驗采用3種垂直壓力：24kN/m3、48 kN/m3、96 kN/m3。對于每一個荷載下，剪應力和剪切位移的關系圖都是能繪制出來的，最大剪切強度都能從這個曲線中得到。
然后摩爾-庫倫破壞包絡線就可以得到。
輪胎片體的大型剪切試驗：
和砂的大型剪切試驗的步驟相同。每個剪切箱分3層壓實，要達到的密度為673kg/m3。每次剪切試驗后，剪切箱內的輪胎片體都要被清除，下次試驗時需重新添加并壓實。有3個垂直方向上的壓力：24kN/m2、48 kN/m2、96 kN/m2。輪胎片體在垂直方向的荷載下壓縮明顯，且密度明顯增加。
輪胎片體和砂的大型剪切試驗：
和砂的大型剪切試驗的步驟相同。下部剪切箱用砂填滿，上部剪切箱用輪胎片體填滿。兩個剪切箱用相同的方法壓實。每次試驗結束后，剪切箱內的砂和輪胎片體都要被清除干凈，下次試驗重新壓實。
輪胎片體和混凝土的大型剪切試驗：
這個試驗模擬的是輪胎片體和混凝土的接觸面。混凝土板長79cm，寬78cm，厚15cm?；炷涟逍⌒牡姆胖迷谙虏考羟邢淅锏念A制混凝土塊上，并確保其在整個試驗中不會發(fā)生滑動。運用預制混凝土塊是為了不需要讓下部剪切箱完全用混凝土填滿。上部剪切箱內的輪胎片體的壓縮步驟和輪胎片體的剪切試驗的步驟相同。每次試驗結束后，上部剪切箱內的輪胎片體都要被清除干凈，混凝土板也要清掃干凈。
上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。