本實用新型涉及土木工程中現(xiàn)場直剪試驗技術(shù)，具體涉及高填方地基現(xiàn)場直剪試驗技術(shù)。

背景技術(shù)：

巖土體抗剪強度指標(biāo)（粘聚力與內(nèi)摩擦角）是邊坡穩(wěn)定性分析和巖土工程設(shè)計中最重要的參數(shù)之一，因此，抗剪強度指標(biāo)的取值對于邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計顯得非常關(guān)鍵。目前獲取抗剪強度指標(biāo)主要的方法是進行室內(nèi)直剪試驗，但此試驗方法對土體的擾動較大，并且由于剪切盒的約束，所測得的結(jié)果與巖土體真實值存在較大的誤差。相對于室內(nèi)直剪試驗，現(xiàn)場直剪試驗則對土的擾動小，克服了尺寸效應(yīng)，更接近巖土體實際狀態(tài)，所測定結(jié)果更接近巖土體真實值。但在試驗過程中由于現(xiàn)有裝置的缺陷常常會造成試驗結(jié)果存在較大誤差甚至導(dǎo)致試驗失敗。

對于高填方現(xiàn)場直接剪切試驗，雖然試驗原理簡單，但傳統(tǒng)操作方法較為復(fù)雜，需要耗費大量的人力與物力。目前試驗裝置主要存在的問題如下：①加載設(shè)備人工控制程度低，主要依靠手動加載以至于加載不準確；②試驗過程中不能實時監(jiān)測土體是否發(fā)生破壞，不能準確地判定何時停止加載；③豎向位移和切向位移主要采用千分表，由人工進行位移測讀，誤差較大；④現(xiàn)場支模用鋼筋混凝土作為巖土體試塊保護罩，其操作工序繁雜，工期長，并且不能清楚地反映出巖土體試塊破壞時裂縫發(fā)生及其發(fā)展情況；⑤保護罩在制作過程中混凝土中的水分對對巖土體試塊的含水率有一定的影響；⑥采用鋼筋混凝土保護罩不能人為地調(diào)節(jié)不同工況下巖土體試塊的含水率?；谏鲜銮闆r，現(xiàn)有設(shè)備很難準確的測定高填方巖土體的抗剪強度參數(shù)，并且不能反映出巖土體試塊內(nèi)部破的壞情況以及填方水量對巖土體試塊抗剪強度的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種高填方地基現(xiàn)場直剪試驗裝置。

本實用新型是一種高填方地基現(xiàn)場直剪試驗裝置，有一預(yù)制好的試樣1，包括透明保護罩20、小孔35、下墊板7、滾排6、上墊板5、豎向位移傳感器3、豎向自動加載機構(gòu)18、后墊板13、切向自動加載機構(gòu)14、前墊板15、傳力鋼柱4、平臺鋼梁2、堆載19、切向位移傳感器8、電纜16、自動加載控制機構(gòu)17、位移傳感器電纜9、USB線11、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)10以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，在試樣1上套上透明保護罩20，透明保護罩20上從下向上依次安裝下墊板7、滾排6、上墊板5；在上墊板5上依次安裝豎向自動加載機構(gòu)18、傳力鋼柱4、用于承受堆載的平臺鋼梁2以及堆載19；在透明保護罩20的一側(cè)從里向外依次安裝前墊板15、切向自動加載機構(gòu)14、后墊板13；自動加載控制機構(gòu)17通過電纜16與切向自動加載機構(gòu)14和豎向自動加載機構(gòu)18相連，用來控制加載裝置；在透明保護罩20的另一側(cè)的透明保護罩20上分別安裝豎向位移傳感器3和切向位移傳感器8；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)10通過位移傳感器電纜9和豎向位移傳感器3和切向位移傳感器8相連，并通過USB線11將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12。

主本實用新型的有益之處是：①自動化控制程度高，采用新型技術(shù)措施，包括自動加載控制系統(tǒng)17、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，使所測的巖土體抗剪強度指標(biāo)精度高，穩(wěn)定性好；②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（10）與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（12）連接，在試驗過程中可以同步的繪制剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線、抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線，能夠?qū)崟r準確的判斷巖土體是否破壞；③本實用新型采用側(cè)壁刻有1cm×1cm方格網(wǎng)的有機玻璃保護罩20代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土保護罩，能直觀反映出試樣破壞的整個過程，能夠有效、清晰的看清試樣裂縫的形成過程、開裂形態(tài)、開裂深度、開裂走向等特點，為研究巖土體裂縫提供重要的依據(jù)；④本實用新型可以人為地調(diào)節(jié)不同工況下巖土體試塊的含水率，得出不同的含水率對巖土體試塊抗剪強度的影響。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為有機玻璃保護罩20打孔示意圖，圖3有機玻璃對接示意圖，圖4為電液伺服液壓系統(tǒng)的基本閉環(huán)回路，圖5為數(shù)據(jù)采集模塊；附圖標(biāo)記及對應(yīng)名稱為：試樣1，平臺鋼梁2，豎向位移傳感器3，傳力鋼柱4，上墊板5，滾排6，下墊板7，切向位移傳感器8，位移傳感器電纜9，數(shù)據(jù)采集機構(gòu)10，專用USB線11，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，后墊板13，切向自動加載機構(gòu)14，前墊板15，電纜16，自動加載控制機構(gòu)17，豎向自動加載機構(gòu)18，堆載19，有機玻璃保護罩20，指令信號21，調(diào)整放大系統(tǒng)22，油源23，伺服閥24，加載器25，荷載傳感器26，反饋系統(tǒng)27，時鐘模塊28，信號調(diào)理29，電源模塊30，單片機集成A/D轉(zhuǎn)換31，串口32，打印輸出設(shè)備33，外部儲存設(shè)備34，小孔35。

具體實施方式

如圖1~圖5所示，本實用新型是一種高填方地基現(xiàn)場直剪試驗裝置，有一預(yù)制好的試樣1，包括透明保護罩20、小孔35、下墊板7、滾排6、上墊板5、豎向位移傳感器3、豎向自動加載機構(gòu)18、后墊板13、切向自動加載機構(gòu)14、前墊板15、傳力鋼柱4、平臺鋼梁2、堆載19、切向位移傳感器8、電纜16、自動加載控制機構(gòu)17、位移傳感器電纜9、USB線11、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)10以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，在試樣1上套上透明保護罩20，透明保護罩20上從下向上依次安裝下墊板7、滾排6、上墊板5；在上墊板5上依次安裝豎向自動加載機構(gòu)18、傳力鋼柱4、用于承受堆載的平臺鋼梁2以及堆載19；在透明保護罩20的一側(cè)從里向外依次安裝前墊板15、切向自動加載機構(gòu)14、后墊板13；自動加載控制機構(gòu)17通過電纜16與切向自動加載機構(gòu)14和豎向自動加載機構(gòu)18相連，用來控制加載裝置；在透明保護罩20的另一側(cè)的透明保護罩20上分別安裝豎向位移傳感器3和切向位移傳感器8；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)10通過位移傳感器電纜9和豎向位移傳感器3和切向位移傳感器8相連，并通過USB線11將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12。

啟動自動加載控制系統(tǒng)17，施加垂向壓力，固結(jié)一定時間后，施加切向剪力，當(dāng)土體破壞時，停止加載，計算抗剪強度及、值，記錄試驗數(shù)據(jù)。為測得不同工況下含水率對巖土體試塊抗剪強度的影響，可通過有機玻璃保護罩20上小孔35注入不同的水量，進行剪切試驗，將所得數(shù)據(jù)與原狀土體試塊的數(shù)據(jù)進行對比，得出含水率對試塊抗剪強度的影響。

如圖1、圖2所示，透明保護罩20是由5片透明材料拼接組裝而成，透明保護罩20的側(cè)面的刻有1cm×1cm的方格網(wǎng)，并涂色，便于觀察試塊內(nèi)部破壞情況。

如圖1、圖2所示，透明保護罩20的頂部開設(shè)有5個小孔35。

如圖4所示，切向自動加載機構(gòu)14和豎向自動加載機構(gòu)18為電液伺服液壓系統(tǒng)，包括指令信號21、調(diào)整放大系統(tǒng)22、油源23、伺服閥24、加載器25、荷載傳感器26、反饋系統(tǒng)27。

如圖5所示，數(shù)據(jù)采集機構(gòu)10由時鐘模塊28、信號調(diào)理29、電源模塊30、單片機集成A/D轉(zhuǎn)換31、串口32、打印輸出設(shè)備33、外部儲存設(shè)備34組成。

平臺鋼梁2和位于其上的堆載19組成反力系統(tǒng)；傳力鋼柱4下與垂向壓力系統(tǒng)相連、上與平臺鋼梁2相連組成垂向傳力系統(tǒng)。

下墊板7、滾排6、上墊板5和豎向自動加載系統(tǒng)18依次連接組成垂向壓力系統(tǒng)；滾排6內(nèi)置滾珠，位于上墊板5和下墊板7之間，試驗時隨著切向位移的發(fā)展而沿下墊板7表面滾動，保證垂向壓力不產(chǎn)生偏心力矩。所述的上墊板5和下墊板7均為鋼板。

垂向位移傳感器3為四個，分別位于上墊板5的四個角點量測實驗過程中試樣1的豎向位移；切向位移傳感器8為兩個，量測實驗過程中試樣1的豎向位移和切向位移。

后墊板13、切向自動加載機構(gòu)14、前墊板15依次連接組成切向剪力系統(tǒng)；后墊板13與探坑坑壁構(gòu)成反力底座，所述的后墊板13是由若干塊枕木或鋼板組成。