本申請涉及土體力學(xué)特性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種剪切試驗(yàn)裝置，同時(shí)涉及一種利用所述剪切試驗(yàn)裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的方法。

背景技術(shù)：

土的抗剪強(qiáng)度指的是土體抵抗剪切破壞的極限能力，土體受到荷載作用后，會(huì)產(chǎn)生法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中，法向應(yīng)力使土體發(fā)生壓密，而剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切，因此，土的強(qiáng)度往往指抗剪強(qiáng)度，土的強(qiáng)度破壞通常是剪切破壞。對于各種人工填筑的土工建筑物及天然地基、邊坡等，抗剪強(qiáng)度是用于安全評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

現(xiàn)有技術(shù)下，土體抗剪試驗(yàn)裝置主要有直剪儀、環(huán)剪儀以及十字板剪切裝置等，然而上述裝置均存在明顯的缺陷。

所述直剪儀是現(xiàn)有技術(shù)中主要使用的土體抗剪試驗(yàn)裝置。這種裝置包括上下兩個(gè)分體的土樣容器，在上方施加豎直方向的預(yù)定壓力的情況下，給下方的土樣容器施加水平方向的拉力，測量下方的土樣容器被拉動(dòng)時(shí)施加的拉力。這種直剪儀的主要缺點(diǎn)是：

(1)隨著剪切位移的發(fā)生，剪切面面積變小，從而導(dǎo)致剪切面上受力不均勻，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；

(2)由于水平方向的試驗(yàn)距離受到儀器尺寸限制，直剪儀在檢測過程中，能夠試驗(yàn)的剪切位移的尺寸范圍受到較大限制，不能提供較大尺寸的抗剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述環(huán)剪儀由上、下兩個(gè)剪切盒組成，上盒可以繞其軸線旋轉(zhuǎn)。土樣被填入環(huán)形土樣盒內(nèi)，上盒旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)上半部分土樣旋轉(zhuǎn)，從而在試樣中間形成剪切面，其主要缺點(diǎn)是：

(1)不易向剪切面施加較高的正應(yīng)力；

(2)環(huán)的寬度較小，導(dǎo)致待測試樣的最大粒徑受到限制。

所述十字板剪切裝置是一種原位測試設(shè)備，主要包括十字板探頭；使用這種裝置時(shí)，首先需要鉆孔到指定土層，再插入十字板探頭，根據(jù)施加在十字板探頭上使其旋轉(zhuǎn)的扭矩計(jì)算抗剪強(qiáng)度。十字板剪切試驗(yàn)僅適用于粘土、粉土或均勻的砂土地層，不適用于堆石、砂礫石，或含有礫石、塊石的土層，使待測試樣的適用范圍受到極大限制。

綜上所述，現(xiàn)有的剪切試驗(yàn)裝置無法同時(shí)滿足在剪切試驗(yàn)過程中的剪切面面積大小固定、剪切面受力均勻、剪切位移大小不受限制以及滿足試驗(yàn)試樣寬粒度級(jí)別的試驗(yàn)要求，需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N剪切試驗(yàn)裝置，以解決現(xiàn)有的剪切試驗(yàn)裝置無法同時(shí)滿足剪切面面積大小固定、剪切面受力均勻、剪切位移大小不受限制、以及滿足試驗(yàn)試樣大粒度級(jí)別的試驗(yàn)要求的問題。本申請另外提供一種利用所述剪切試驗(yàn)裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的方法。

本申請?zhí)峁┮环N剪切試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)容器和旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置；

所述試驗(yàn)容器用以容置待測試樣，其至少包括底板、側(cè)壁；所述試驗(yàn)容器的底板設(shè)置有能夠安置剪切板轉(zhuǎn)軸的軸孔；

所述旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置包括剪切板和扭矩施加裝置，所述剪切板通過剪切板轉(zhuǎn)軸安裝在所述試驗(yàn)容器的底板的所述軸孔上，并可繞所述剪切板轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述扭矩施加裝置用于驅(qū)動(dòng)所述剪切板繞所述剪切板轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對容置在所述試驗(yàn)容器中的所述待測試樣的旋轉(zhuǎn)剪切。

優(yōu)選的，所述剪切試驗(yàn)裝置還包括扭矩測量裝置，用于測量所述扭矩施加裝置在對所述待測試樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切時(shí)所施加的扭矩。

優(yōu)選的，所述剪切試驗(yàn)裝置還包括法向加載裝置，所述法向加載裝置包括荷載板及法向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述荷載板垂直于所述剪切板轉(zhuǎn)軸安裝，所述法向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠沿所述剪切板轉(zhuǎn)軸對所述荷載板施加法向壓力。

優(yōu)選的，在同一法向壓力下，通過替換不同長寬比的剪切板，可測定不同的旋轉(zhuǎn)扭矩，進(jìn)而分別獲得所述待測試樣的相互垂直的兩個(gè)面上的抗剪強(qiáng)度。

優(yōu)選的，所述裝置尺寸與所述待測試樣的最大粒徑dmax之間滿足：

當(dāng)所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁為圓筒形時(shí)，所述試驗(yàn)容器內(nèi)腔的直徑和高度均≥24dmax；當(dāng)所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁為方形柱狀時(shí)，所述試驗(yàn)容器內(nèi)腔的最短邊長≥24dmax；

所述剪切板的外緣與所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁之間的最短凈距≥6dmax；

所述剪切板與底板之間的凈距≥6dmax；

在對所述待測試樣施加法向荷載以使所述待測試樣達(dá)到預(yù)定的應(yīng)力狀態(tài)后，所述剪切板與所述荷載板之間的凈距≥6dmax。

優(yōu)選的，所述試驗(yàn)容器還包括上蓋板，所述剪切板轉(zhuǎn)軸與所述上蓋板和所述底板之間分別以軸承連接。

優(yōu)選的，所述底板上的所述軸孔內(nèi)設(shè)置含鎖定裝置的滑槽，所述底板上的軸承嵌入所述滑槽內(nèi)，通過設(shè)置所述鎖定裝置，能夠允許所述剪切板轉(zhuǎn)軸在所述滑槽內(nèi)發(fā)生位移或者將所述剪切板轉(zhuǎn)軸鎖定在所述滑槽的確定位置。

優(yōu)選的，所述剪切板的形狀相同且數(shù)量為多個(gè)，并且沿所述剪切板轉(zhuǎn)軸均勻分布。

優(yōu)選的，所述剪切板沿所述剪切板轉(zhuǎn)軸呈十字形分布或者呈六角形分布。

本申請還提供一種利用所述裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的方法，所述方法包括：

安裝剪切試驗(yàn)裝置并填入待測試樣；

向所述待測試樣施加法向壓力致使所述待測試樣被壓縮至指定狀態(tài)；

向所述被壓縮至指定狀態(tài)的待測試樣施加旋轉(zhuǎn)扭矩，致使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞，并記錄致使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞時(shí)所施加的最大旋轉(zhuǎn)扭矩。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有以下優(yōu)點(diǎn)：

利用本申請的剪切試驗(yàn)裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)，其基本原理為將待測試樣容置于側(cè)限容器裝置中，通過對所述處于側(cè)限狀態(tài)的待測試樣中的剪切板施加旋轉(zhuǎn)扭矩使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞，從而達(dá)到同時(shí)實(shí)現(xiàn)在剪切試驗(yàn)過程中的剪切面面積大小固定、剪切面受力均勻、剪切位移大小不受限制、以及可滿足試驗(yàn)試樣寬粒度級(jí)別的試驗(yàn)要求。

在優(yōu)選條件下，可根據(jù)試驗(yàn)要求對所述剪切試驗(yàn)裝置增設(shè)法向加載裝置，通過該裝置可向所述待測試樣施加可控的正應(yīng)力，以模擬出現(xiàn)場真實(shí)條件下的土體受力狀態(tài)，從而使所述剪切試驗(yàn)裝置能夠更廣泛地應(yīng)用于多種受力狀態(tài)下的土體的剪切試驗(yàn)。

附圖說明

圖1是本申請第一實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請第一實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請第一實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)裝置的剪切板橫截面示意圖；

圖4是本申請第二實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)工序示意圖；

圖5是本申請第二實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)方法流程圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1-1側(cè)壁；1-2底板；1-3剪切板轉(zhuǎn)軸；1-4剪切板；1-5扭矩施加裝置；

2-1荷載板；2-2剪切板；2-3剪切板轉(zhuǎn)軸；2-4上蓋板；2-5側(cè)壁；2-6底板；2-7液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩放大器；2-8軸承。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。

本申請中，提供了一種剪切試驗(yàn)裝置以及一種利用所述剪切試驗(yàn)裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的方法，以下提供實(shí)施例逐一進(jìn)行詳細(xì)說明。

本申請第一實(shí)施例提供一種剪切試驗(yàn)裝置，該剪切試驗(yàn)裝置主要用于對不同結(jié)構(gòu)的土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測試，所述抗剪強(qiáng)度指的是土體抵抗剪切破壞的極限能力，其作為土的重要力學(xué)性質(zhì)之一，控制著多種建筑結(jié)構(gòu)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，例如建筑物地基和路基的承載力、擋土墻和地下結(jié)構(gòu)的土壓力、堤壩、基坑、路塹以及各類邊坡的穩(wěn)定性均由土的抗剪強(qiáng)度所控制。

作為剪切試驗(yàn)裝置，其基礎(chǔ)作用在于對待測試樣施加剪切力使之發(fā)生剪切破壞，如圖1所示，其為剪切試驗(yàn)裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖，所述剪切試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)組成部分包括試驗(yàn)容器和旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置；所述試驗(yàn)容器用以容置待測試樣，其主要包括底板1-2和側(cè)壁1-1，所述底板1-2設(shè)置有能夠安置剪切板轉(zhuǎn)軸1-4的軸孔；所述旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置包括剪切板1-3和扭矩施加裝置1-5，所述剪切板1-3通過剪切板轉(zhuǎn)軸1-4安裝在所述試驗(yàn)容器底板1-2的所述軸孔上，并可繞所述剪切板轉(zhuǎn)軸1-4轉(zhuǎn)動(dòng)，所述剪切板1-3與所述剪切板轉(zhuǎn)軸1-4可為一體化結(jié)構(gòu)，直接固定在所述剪切板轉(zhuǎn)軸1-4上，也可與所述剪切板轉(zhuǎn)軸1-4為分離結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用中進(jìn)行拆裝；所述扭矩施加裝置1-5主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩提高裝置，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可為液壓驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)或者電氣驅(qū)動(dòng)，所述扭矩提高裝置是一種用于在扭力傳輸過程中提高扭矩的裝置，常見的扭力倍增器、扭矩倍增器、扭力放大器、齒輪減速器、力矩放大儀等配合相應(yīng)的力矩扳手就可組成扭矩提高裝置，其用于驅(qū)動(dòng)所述剪切板1-3繞所述剪切板轉(zhuǎn)軸1-4旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對容置在所述試驗(yàn)容器中的所述待測試樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切。

在進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，需要通過扭矩測量裝置配合所述扭矩施加裝置對所述施加的扭矩進(jìn)行測量并記錄最大扭矩，所述扭矩測量裝置可與所述扭矩施加裝置為一體，也可單獨(dú)設(shè)置。

在對試驗(yàn)對象進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，需模擬出現(xiàn)場真實(shí)條件，該現(xiàn)場真實(shí)條件如果在待測試樣的自然受力狀態(tài)下無法滿足，則需通過對所述待測試樣施加某些外部作用，使其滿足現(xiàn)場條件下的試驗(yàn)土體的結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)特征，從而實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)試驗(yàn)中對試驗(yàn)對象的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測試的目的，一般可通過對所述待測試樣施加法向壓力的方式來模擬所述土體的受力狀態(tài)，因此，該剪切試驗(yàn)裝置還可包含法向加載裝置，所述法向加載裝置包括荷載板及法向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述荷載板垂直于所述剪切板轉(zhuǎn)軸安裝，所述法向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠沿所述剪切板轉(zhuǎn)軸對所述荷載板施加法向壓力，其可為液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)或者機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式的任意一種。

不同的土體結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)的受力狀態(tài)和構(gòu)成組分有較大區(qū)別，所以對應(yīng)的，對不同結(jié)構(gòu)的土體進(jìn)行剪切試驗(yàn)的難易程度以及試驗(yàn)條件的復(fù)雜程度也有所區(qū)別，例如，經(jīng)過十字板剪切試驗(yàn)即可完成對粘土、粉土或均勻的砂土地層的土體剪切試驗(yàn)，然而對于含礫石、塊石等大顆粒的土層，則需相應(yīng)比較復(fù)雜的剪切試驗(yàn)的方法以及裝置。再例如，堆石料、砂礫石料、寬級(jí)配礫石土料等含有大量粗顆粒的土料常用于高土石壩的填筑，埋在壩體深部的土體受到很高的應(yīng)力作用，壩高300m級(jí)的土石壩，壩底填筑材料所受的正應(yīng)力超過5mpa，在對該土體進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，所需模擬的受力狀態(tài)為對所述試驗(yàn)對象施加超過5mpa的正應(yīng)力，在如此大的正應(yīng)力下，其對剪切試驗(yàn)裝置的承載強(qiáng)度提出了更高要求。再例如，在進(jìn)行室內(nèi)剪切試驗(yàn)時(shí)，為了避免試驗(yàn)容器邊壁的約束效應(yīng)，對于試驗(yàn)裝置的規(guī)格與待測試樣的最大粒度之間的關(guān)系進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定，例如，對于內(nèi)徑30cm的試驗(yàn)容器，其允許的待測試樣的最大粒徑為5-6cm，然而，高土石壩殼料等堆石料的實(shí)際最大粒徑很大，可達(dá)0.8-1m，對該種土體進(jìn)行室內(nèi)剪切試驗(yàn)時(shí)，需將現(xiàn)場土體的顆粒級(jí)按相應(yīng)比例縮尺到滿足試驗(yàn)容器允許的最大粒徑，然而，經(jīng)縮尺后的土體與原現(xiàn)場土體的力學(xué)性質(zhì)存在偏差，這種偏差稱為縮尺效應(yīng)，試驗(yàn)容器的尺寸越小，縮尺效應(yīng)越顯著，如此將造成剪切試驗(yàn)結(jié)果的較大誤差，所以，大粒徑的土體在進(jìn)行室內(nèi)剪切試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用未經(jīng)縮尺的試樣，因此，在此種情形下，使用更大尺寸規(guī)格的室內(nèi)剪切試驗(yàn)裝置就有其必要性。

本實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)裝置，能夠滿足在上述復(fù)雜受力狀態(tài)和復(fù)雜構(gòu)成條件下對土體進(jìn)行剪切試驗(yàn)，例如，以壩高300m級(jí)的土石壩的填筑材料作為剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)對象，該填筑材料所受的正應(yīng)力為豎向壓力，對其受力狀態(tài)的主要模擬方式為對待測試樣施加豎向壓力，使其達(dá)到所述試驗(yàn)對象在地下所承受的豎向壓力值，在該壓力條件下對所述待測試樣進(jìn)行剪切試驗(yàn)，所獲得的最大剪切強(qiáng)度即為所述土石壩的填筑材料的抗剪強(qiáng)度。請參考圖2，其為本實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所述剪切試驗(yàn)裝置主要包括三部分，分別為：試驗(yàn)容器、豎向加載裝置和旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置。

如圖2所示，所述試驗(yàn)容器主要包括底板2-6、上蓋板2-4、以及側(cè)壁2-5；所述豎向加載裝置主要包括荷載板2-1及豎向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；所述旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置主要包括剪切板2-2、液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩放大器2-7。本實(shí)施例中，利用該裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)對象為所受正應(yīng)力為豎向壓力的高土石壩的填筑材料，其原理為：通過豎向加載裝置的荷載板2-1及豎向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對待測試樣施加豎向壓力，以模擬現(xiàn)場環(huán)境下的高應(yīng)力狀態(tài)，對所述處于待測試樣中的剪切板2-2通過液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩放大器2-7施加旋轉(zhuǎn)扭矩，使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞，記錄所施加的最大扭矩并作相應(yīng)換算，從而得到該試驗(yàn)土體的抗剪強(qiáng)度。

在本實(shí)施例中，所述底板2-6和上蓋板2-4均為圓形，側(cè)壁2-5為圓筒形，該圓筒形側(cè)壁的厚度和剛度需滿足使所述待測試樣在高壓力壓縮下仍處于側(cè)限狀態(tài)，該狀態(tài)等同于側(cè)限壓縮試驗(yàn)中被測試樣所處的狀態(tài)，所述側(cè)限壓縮試驗(yàn)的過程為：將待測試樣盛放在側(cè)壁剛性的容器內(nèi)，通過剛性荷載板對所述待測試樣施加豎向向下的荷載，使所述待測試樣處于側(cè)限壓縮受力狀態(tài)(即側(cè)向不能發(fā)生變形，只能豎向被壓縮)。高土石壩內(nèi)部土體的受力狀態(tài)與所述側(cè)限壓縮受力狀態(tài)較為接近，例如，壩高300m級(jí)的土石壩的填筑殼料，其所受的正應(yīng)力超過5mpa，所以模擬該填筑殼料的受力狀態(tài)進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，對待測試樣所施加的豎向壓力也應(yīng)超過5mpa，在此高壓力狀態(tài)下保持待測試樣處于側(cè)限狀態(tài)，其對試驗(yàn)容器側(cè)壁的剛度有較高的要求。

在本實(shí)施例中，所述上蓋板2-4為可拆卸型，其目的在于便于填入待測試樣，并且便于組裝該試驗(yàn)裝置的其他組成部分，如剪切板轉(zhuǎn)軸2-3、剪切板2-2以及荷載板2-1；所述底板2-6和所述上蓋板2-4上均設(shè)置有能夠安置剪切板轉(zhuǎn)軸2-3的軸孔，所述軸孔內(nèi)嵌入軸承2-8，以使所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3與所述上蓋板2-4和所述底板2-6之間分別以所述軸承2-8連接，用于固定所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3。

在所述豎向加載裝置中，所述荷載板的形狀與所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁的形狀一致，且規(guī)格尺寸略小于所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁，以使所述荷載板能夠上下移動(dòng)，在本實(shí)施例中，所述荷載板2-1為圓形，其直徑稍小于所述試驗(yàn)容器內(nèi)徑；所述豎向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)所述荷載板2-1豎向移動(dòng)；所述荷載板2-1的承載強(qiáng)度需滿足所述豎向加載裝置所能提供的最大豎向壓力的承載要求。因此在本實(shí)施例中，所述上蓋板2-4還需預(yù)留孔洞便于所述荷載板2-1與豎向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)的通過。

所述旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置，其工作過程為通過施加旋轉(zhuǎn)扭矩使所述處在應(yīng)力狀態(tài)下的被測試樣發(fā)生剪切破壞，并記錄最大扭矩，從而取得所述被測試樣的抗剪強(qiáng)度數(shù)值。在該過程中，所述被測試樣中水平的圓形剪切面和豎直的柱狀剪切面的剪切面積均為恒定，水平和豎直剪切面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)一致，剪切位移無限制，可以為0到無窮大，并且，剪切速率可控。

所述剪切板2-2為形狀一致的多個(gè)剪切板，任意兩個(gè)相鄰剪切板之間的夾角相等，其沿所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3均勻分布，一般情況下所述剪切板可為十字形或者六角形，本實(shí)施例中所述剪切板為六角形，對應(yīng)的剪切板的數(shù)量為6個(gè)，如圖3所示，其為本實(shí)施例中的六角形剪切板的橫截面示意圖，本實(shí)施例中，所述剪切板位于所述試驗(yàn)容器的中心位置。所述剪切板的強(qiáng)度和厚度根據(jù)所述待測試樣的預(yù)估最大抗剪強(qiáng)度計(jì)算確定，增加所述剪切板的數(shù)量，可以降低每個(gè)剪切板所承受的剪切力，從而使得所述剪切板易于滿足強(qiáng)度要求，例如，在本實(shí)施例中，測得所述被測試樣發(fā)生剪切破壞時(shí)的最大扭矩為t，則每個(gè)剪切板所分擔(dān)的扭矩為t/6。

在本實(shí)施例中，所述剪切板2-2為可拆卸結(jié)構(gòu)，與所述上蓋板2-4為可拆卸結(jié)構(gòu)的功能相似，相較于與剪切板轉(zhuǎn)軸的一體化結(jié)構(gòu)，該可拆卸結(jié)構(gòu)更便于填入和壓實(shí)所述待測試樣，相對于填料后插入剪切板或者原地插入剪切板，該可拆卸結(jié)構(gòu)更便于含大量粗顆粒土體的剪切試驗(yàn)。

扭矩施加裝置用于對剪切板轉(zhuǎn)軸施加扭矩以驅(qū)動(dòng)所述剪切版轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)施例中，所述扭矩施加裝置為液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩放大器2-7，其通過對所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3施加旋轉(zhuǎn)扭矩而驅(qū)動(dòng)所述剪切板2-2繞所述轉(zhuǎn)軸2-3旋轉(zhuǎn)，并沿所述剪切板的外緣形成剪切面，用以對所述待測試樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切。在本實(shí)施例中，所述扭矩測量裝置與所述扭矩施加裝置為一體，在通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩放大器對所述剪切板轉(zhuǎn)軸施加扭矩的同時(shí)，按預(yù)先設(shè)定的方式同步記錄所述施加的扭矩?cái)?shù)值。

所述底板2-6上的所述軸孔內(nèi)設(shè)置含鎖定裝置的滑槽，所述底板上的軸承2-8嵌入所述滑槽內(nèi)，通過設(shè)置所述鎖定裝置，能夠允許所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3在所述滑槽內(nèi)發(fā)生位移或者將所述剪切板轉(zhuǎn)軸鎖定在所述滑槽的確定位置。例如，當(dāng)所述荷載板2-1對所述待測試樣施加豎向壓力時(shí)，通過設(shè)置所述鎖定裝置，使其解除對所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3的豎向位移的約束，可使所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3以及剪切板2-2隨待測試樣向下移動(dòng)，從而使得所述荷載板2-1的上、下表面的正應(yīng)力保持一致；當(dāng)所述液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和扭矩放大器2-7驅(qū)動(dòng)所述剪切板2-2繞所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過將所述剪切板轉(zhuǎn)軸2-3鎖定在所述滑槽的對應(yīng)位置，以使所述剪切板2-2在豎直方向上不發(fā)生位移。

本實(shí)施例中，對剪切板轉(zhuǎn)軸2-3施加的扭矩與待測試樣的抗剪強(qiáng)度的關(guān)系等同于十字板剪切試驗(yàn)中轉(zhuǎn)軸的扭矩與土體抗剪強(qiáng)度的關(guān)系。在進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，一般情況下視待測試樣的水平面和豎直面的抗剪強(qiáng)度相等，并統(tǒng)一稱為該待測試樣所對應(yīng)的試驗(yàn)對象的抗剪強(qiáng)度。然而，對于地下結(jié)構(gòu)的土體，其一般是水平成層沉積或填筑的，近似為橫觀各向同性體，所以真實(shí)情況下其水平面和豎直面的抗剪強(qiáng)度是不同的，在本實(shí)施例中，可通過替換不同長寬比的剪切板，分別測定最大扭矩，從而獲得水平面和豎直面的抗剪強(qiáng)度。例如：在對同一豎向壓力條件下的被測試樣進(jìn)行剪切試驗(yàn)的過程中，采用寬度為r1、長度為l1的剪切板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切，在發(fā)生剪切破壞時(shí)所測得的扭矩為t1，則有

采用寬度為r2、長度為l2的剪切板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切，在發(fā)生剪切破壞時(shí)所測得的扭矩為t2，則有

上述式中，τ^h，max和τ^v，max分別為所述豎向壓力條件下待測試樣水平面上和豎直面上的抗剪強(qiáng)度，r是剪切板轉(zhuǎn)軸的半徑，r是剪切板的寬度，l是剪切板的長度。

將上述(1)、(2)兩式聯(lián)立，即可解得水平面上的抗剪強(qiáng)度τh，max和豎直面上的抗剪強(qiáng)度τv，max。

在本實(shí)施例中，為了避免試驗(yàn)容器的邊壁或試驗(yàn)裝置的某一組成部分對待測試樣產(chǎn)生束縛，所述裝置尺寸與所述待測試樣的最大粒徑dmax之間滿足如下關(guān)系：

所述試驗(yàn)容器內(nèi)腔的直徑和高度均≥24dmax；

所述剪切板的外緣與所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁之間的最短凈距≥6dmax；

所述剪切板與底板之間的凈距≥6dmax；

在對所述待測試樣施加法向荷載以使所述待測試樣達(dá)到預(yù)定的應(yīng)力狀態(tài)后，所述剪切板與所述荷載板之間的凈距≥6dmax。

如果所述試驗(yàn)容器的側(cè)壁為方形柱狀時(shí)，則有所述試驗(yàn)容器內(nèi)腔的最短邊長≥24dmax。

本申請第二實(shí)施例提供一種利用上述第一實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的方法，第一實(shí)施例中對所述裝置進(jìn)行了詳細(xì)說明，在本實(shí)施例中主要是對使用所述裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)原理進(jìn)行說明，而對所述裝置的構(gòu)造及其特性的理解可參閱第一實(shí)施例所提供的內(nèi)容。請參照圖5理解該實(shí)施例，圖5為本實(shí)施例所提供的剪切試驗(yàn)流程圖。以下結(jié)合圖5介紹該方法實(shí)施例。

框s501：安裝剪切試驗(yàn)裝置并填入待測試樣。

由第一實(shí)施例可知，該剪切試驗(yàn)裝置的旋轉(zhuǎn)剪切板、試驗(yàn)容器的上蓋板以及荷載板都為可拆卸結(jié)構(gòu)，其目的在于便于試驗(yàn)過程中的裝料和卸料，并且使剪切裝置能夠預(yù)先置入待測試樣中，使所述待測試樣能夠達(dá)到預(yù)定受力狀態(tài)。因此，在試驗(yàn)之初，所述剪切試驗(yàn)裝置的部分組成器件的組裝過程應(yīng)與待測試樣的填入過程之間相互協(xié)調(diào)配合，共同完成待測試樣的預(yù)先準(zhǔn)備工作，該過程包括如下步驟：

在試驗(yàn)容器內(nèi)的軸孔處安裝旋轉(zhuǎn)剪切板轉(zhuǎn)軸；

向所述試驗(yàn)容器內(nèi)填入待測試樣至預(yù)定高度；

安裝旋轉(zhuǎn)剪切板，所述旋轉(zhuǎn)剪切板的底部與所述填入待測試樣的預(yù)定高度為同一高度；

向所述試驗(yàn)容器內(nèi)填入所述待測試樣至所述旋轉(zhuǎn)剪切板的頂部位置，并壓實(shí)所述待測試樣；

繼續(xù)填入所述待測試樣至指定高度；

分別吊裝荷載板和所述試驗(yàn)容器的上蓋。

框s502：向所述待測試樣施加豎向壓力至所述待測試樣被壓縮至指定狀態(tài)。

所述指定狀態(tài)指的是被測土體的真實(shí)受力狀態(tài)，例如，試驗(yàn)土體為壩高300m級(jí)的土石壩的壩底填筑材料，其所受的正應(yīng)力超過5mpa，則在本實(shí)施例中所述待測試樣的指定狀態(tài)為所受正應(yīng)力超過5mpa的受力狀態(tài)，對應(yīng)的，本步驟中通過使用豎向加載裝置可向所述待測試樣施加超過5mpa的豎向壓力使其模擬上述所要求的受力狀態(tài)。

框s503：向所述被壓縮至指定狀態(tài)的待測試樣施加旋轉(zhuǎn)剪切力，致使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞，并記錄所述致使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞時(shí)所施加的最大扭矩。

當(dāng)上述步驟實(shí)現(xiàn)了所述待測試樣的預(yù)先指定狀態(tài)，本步驟將進(jìn)行本試驗(yàn)的核心環(huán)節(jié)，即通過旋轉(zhuǎn)剪切加載裝置對所述待測試樣施加旋轉(zhuǎn)剪切力使之發(fā)生剪切破壞，并記錄最大扭矩，根據(jù)最大扭矩與抗剪強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系，通過換算即可獲得該待測試樣的抗剪強(qiáng)度。

本方法的詳細(xì)過程請參考圖4，其為本實(shí)施例提供的剪切試驗(yàn)方法的工序示意圖，其中：

4-1：在試驗(yàn)容器內(nèi)的軸孔處安裝旋轉(zhuǎn)剪切板轉(zhuǎn)軸；

4-2：向所述試驗(yàn)容器內(nèi)填入待測試樣至預(yù)定高度；

4-3：安裝旋轉(zhuǎn)剪切板，所述旋轉(zhuǎn)剪切板的底部與所述填入待測試樣的預(yù)定高度為同一高度；

4-4：向所述試驗(yàn)容器內(nèi)填入所述待測試樣至所述旋轉(zhuǎn)剪切板的頂部位置，并壓實(shí)所述待測試樣；

4-5：繼續(xù)填入所述待測試樣至指定高度；

4-6：分別吊裝荷載板和所述試驗(yàn)容器的上蓋；

4-7：向所述荷載板施加豎向壓力至所述待測試樣被壓縮至指定狀態(tài)；

4-8：向所述旋轉(zhuǎn)剪切板轉(zhuǎn)軸施加旋轉(zhuǎn)剪切力，致使所述待測試樣發(fā)生剪切破壞，并記錄在該過程中所施加的扭矩。

本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。