一種土樣殘余強(qiáng)度測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土工室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土樣殘余強(qiáng)度測試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]殘余強(qiáng)度是土體在破壞之后保持殘余變形和抵抗外部荷載的能力，是評價邊坡穩(wěn)定性的基本指標(biāo)，是滑坡穩(wěn)定性評價與預(yù)測預(yù)報(bào)的關(guān)鍵性內(nèi)容。理論與實(shí)例表明滑帶土是滑坡的重要組成部分，滑帶土形成過程中地質(zhì)作用的復(fù)雜性和所處受力狀態(tài)的特殊性，使得滑帶土結(jié)構(gòu)特征和物理力學(xué)性質(zhì)與滑坡體中其他部位的土體存在較大差別，表現(xiàn)為顯著的離散型與變異性，如何針對多工況下滑帶土進(jìn)行準(zhǔn)確的殘余強(qiáng)度測試是滑坡研究的難點(diǎn)問題。
[0003]現(xiàn)有的殘余強(qiáng)度測試裝置主要是直剪儀，不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動剪切，且土樣剪切面積較小，不能真實(shí)反映土體的殘余強(qiáng)度；其測試方法也比較落后，效率較低，影響了其在土工試驗(yàn)中的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中現(xiàn)有殘余強(qiáng)度測試裝置以及測試方法存在的不足，本發(fā)明提供了一種能實(shí)現(xiàn)不同尺寸、不同含水量圓柱形土樣殘余強(qiáng)度精確測試、可快速高效進(jìn)行殘余強(qiáng)度測試試驗(yàn)的裝置及測試方法，從而提高科研水平。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的如下技術(shù)方案:
[0006]—種土樣殘余強(qiáng)度測試裝置，其特征在于:所述土樣殘余強(qiáng)度測試裝置包括底板、環(huán)形側(cè)板、旋轉(zhuǎn)頂板、濕度傳感器、土樣嵌入裝置、應(yīng)力傳感器、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、頂板旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置以及注水裝置；所述底板以及旋轉(zhuǎn)頂板分別設(shè)置在環(huán)形側(cè)板的底部以及頂部并與旋轉(zhuǎn)頂板共同圍成一個用于存放待測圓柱形土樣的空腔；待測圓柱形土樣置于該空腔中；所述注水裝置與底板、環(huán)形側(cè)板以及旋轉(zhuǎn)頂板所圍成的空腔相連通；所述空腔內(nèi)設(shè)置有濕度傳感器；所述土樣嵌入裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的下表面并嵌入待測圓柱形土樣的上表面中；所述頂板旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的上表面并帶動旋轉(zhuǎn)頂板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；所述應(yīng)力傳感器設(shè)置在土樣嵌入裝置上；所述濕度傳感器以及應(yīng)力傳感器分別與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)相連。
[0007]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的旋轉(zhuǎn)頂板的下表面以及底板的上表面均設(shè)置有圓形刻度線；所述圓形刻度線是一條或多條；所述圓形刻度線是多條時，所述多條圓形刻度線同心設(shè)置。
[0008]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的頂板旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括大滑輪、皮帶、滑輪組以及電機(jī)；所述大滑輪設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的上表面；所述滑輪組通過皮帶與大滑輪相連；所述電機(jī)依次通過滑輪組、皮帶以及大滑輪帶動旋轉(zhuǎn)頂板轉(zhuǎn)動。
[0009]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的滑輪組包括同心設(shè)置的第一滑輪以及第二滑輪；所述電機(jī)與第一滑輪相連并通過第一滑輪帶動第二滑輪轉(zhuǎn)動；所述第二滑輪通過皮帶與大滑輪相連并帶動大滑輪轉(zhuǎn)動。
[0010]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的第一滑輪的直徑是7cm ;所述第二滑輪的直徑是2cm ;所述大滑輪的直徑是4.5cm。
[0011]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的土樣嵌入裝置包括十字卡槽以及刀片；所述十字卡槽固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的下表面；所述刀片設(shè)置在十字卡槽中并嵌入待測圓柱形土樣的上表面；所述應(yīng)力傳感器設(shè)置在刀片的末端。
[0012]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的注水裝置包括水管以及設(shè)置在水管上的閥門；所述水管與底板、環(huán)形側(cè)板以及旋轉(zhuǎn)頂板所圍成的空腔相連通；所述水管上設(shè)置有刻度。
[0013]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的濕度傳感器是一個或多個，所述濕度傳感器是多個時，多個濕度傳感器隨機(jī)設(shè)置在底板、環(huán)形側(cè)板以及旋轉(zhuǎn)頂板所圍成的空腔中。
[0014]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的電機(jī)功率為0.5kw。
[0015]—種基于如前所述的土樣殘余強(qiáng)度測試裝置的土樣殘余強(qiáng)度測試方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟:
[0016]I)按照如前所記載的土樣殘余強(qiáng)度測試裝置進(jìn)行組裝；
[0017]2)將制備好的待測圓柱形土樣放置于底板、環(huán)形側(cè)板以及旋轉(zhuǎn)頂板所圍成的空腔中且保證刀片嵌入待測圓柱形土樣的上表面中；
[0018]3)根據(jù)試驗(yàn)方案要求，確定是要進(jìn)行高含水量土樣的殘余強(qiáng)度測試還是低含水量土樣的殘余強(qiáng)度測試，若是要進(jìn)行低含水量土樣的殘余強(qiáng)度測試，則直接進(jìn)行步驟5);若是要進(jìn)行高含水量土樣的殘余強(qiáng)度測試，則進(jìn)行步驟4);
[0019]4)根據(jù)需要增濕的含水量及起始含水量，換算需要進(jìn)入待測圓柱形土樣的水量，通過水管上的刻度及閥門控制，進(jìn)行定量進(jìn)水；一定時間后查看兩個濕度傳感器的濕度數(shù)據(jù)，若濕度數(shù)據(jù)相同，則表明增濕均勻并進(jìn)行步驟5);若濕度數(shù)據(jù)不同，則繼續(xù)等待直至兩個濕度傳感器的濕度數(shù)據(jù)相同后進(jìn)行步驟5);
[0020]5)通過數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集應(yīng)力傳感器的數(shù)據(jù)，觀察剪應(yīng)力的變化規(guī)律，剪應(yīng)力峰值過后，繼續(xù)剪切，直至5分鐘內(nèi)剪應(yīng)力不變?yōu)橹?，進(jìn)而換算殘余強(qiáng)度。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0022]本發(fā)明提供了一種土樣殘余強(qiáng)度測試裝置及測試方法。該裝置包括上下環(huán)形側(cè)板、水管、閥門、濕度傳感器、旋轉(zhuǎn)頂板、十字卡槽、螺釘、大滑輪、圓柱形土樣、皮帶、應(yīng)力傳感器、滑輪組、電機(jī)、底板、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)。十字卡槽通過螺釘固定于旋轉(zhuǎn)頂板下表面，試驗(yàn)時內(nèi)置刀片，用于固定圓柱形土樣，大滑輪固定于旋轉(zhuǎn)頂板上表面，試驗(yàn)時滑輪轉(zhuǎn)動帶動上半部分土樣轉(zhuǎn)動，進(jìn)而剪切土樣，滑輪組用于降低大滑輪的轉(zhuǎn)速，通過加裝帶刻度的水管，可以實(shí)現(xiàn)圓柱形土樣的定量增濕，實(shí)現(xiàn)高含水量土樣的環(huán)剪試驗(yàn)，解決了高含水量土樣不易安裝的問題，旋轉(zhuǎn)頂板下表面和底板上表面均帶有兩個圓形刻度線，用于對稱放置不同直徑的圓柱形土樣，濕度傳感器布置于圓柱形土樣不同位置，用于判斷定量進(jìn)水結(jié)束后，圓柱形土樣濕度是否均勻，從而確定是否開始剪切，應(yīng)力傳感器用于測量應(yīng)力，進(jìn)而換算剪切強(qiáng)度，試驗(yàn)開始后，通過數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，觀察剪應(yīng)力的變化規(guī)律，剪應(yīng)力峰值過后，繼續(xù)剪切，直至五分鐘內(nèi)剪應(yīng)力不變?yōu)橹?，進(jìn)而換算殘余強(qiáng)度，該裝置及方法針對現(xiàn)有的殘余強(qiáng)度測試方法及裝置的缺點(diǎn)，現(xiàn)有的裝置及方法主要依靠直剪儀，不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動剪切，且土樣剪切面積較小，不能真實(shí)反映土體的殘余強(qiáng)度。因此，本發(fā)明所提供的土樣殘余強(qiáng)度測試裝置及測試方法的研發(fā)，提高了試驗(yàn)的效率，節(jié)省了人力成本；通過數(shù)據(jù)自動采集，提高了試驗(yàn)精度，避免了人為試驗(yàn)誤差；能實(shí)現(xiàn)不同尺寸、不同含水量圓柱形土樣殘余強(qiáng)度精確測試的目的，具有重要的科研意義，且該裝置結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低，易于在生產(chǎn)和教學(xué)中推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明所提供的土樣殘余強(qiáng)度測試裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]其中:
[0026]1-上環(huán)形側(cè)板；2_下環(huán)形側(cè)板；3_水管；4_閥門；5_濕度傳感器；6_旋轉(zhuǎn)頂板；7-十字卡槽；8-螺釘；9_大滑輪；10-圓柱形土樣；11_皮帶；12-應(yīng)力傳感器；13-滑輪組；14-電機(jī)；15_底板；16-數(shù)據(jù)線；17-數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)；18_圓形刻度線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其操作方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0028]實(shí)施例1:
[0029]參見圖1及圖2，本發(fā)明提供了一種土樣殘余強(qiáng)度測試裝置，包括上環(huán)形側(cè)板1、下環(huán)形側(cè)板2、水管3、閥門4、濕度傳感器5、旋轉(zhuǎn)頂板6、十字卡槽7、螺釘8、大滑輪9、圓柱形土樣10、皮帶11、應(yīng)力傳感器12、滑輪組13、電機(jī)14、底板15、數(shù)據(jù)線16以及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)17，數(shù)據(jù)線16用于傳輸信息，能實(shí)現(xiàn)不同尺寸、不同含水量圓柱形土樣殘余強(qiáng)度精確測試的目的。
[0030]底板以及旋轉(zhuǎn)頂板分別設(shè)置在環(huán)形側(cè)板(上環(huán)形側(cè)板I以及下環(huán)形側(cè)板2共同形成)的底部以及頂部并與旋轉(zhuǎn)頂板共同圍成一個用于存放待測圓柱形土樣的空腔；待測圓柱形土樣置于該空腔中；注水裝置與底板、環(huán)形側(cè)板以及旋轉(zhuǎn)頂板所圍成的空腔相連通；空腔內(nèi)設(shè)置有濕度傳感器；土樣嵌入裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的下表面并嵌入待測圓柱形土樣的上表面中；頂板旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的上表面并帶動旋轉(zhuǎn)頂板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；應(yīng)力傳感器設(shè)置在土樣嵌入裝置上；濕度傳感器以及應(yīng)力傳感器分別與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)相連。旋轉(zhuǎn)頂板的下表面以及底板的上表面均設(shè)置有圓形刻度線；圓形刻度線是一條或多條；圓形刻度線是多條時，多條圓形刻度線同心設(shè)置。旋轉(zhuǎn)頂板6上下表面為圓形，直徑20cm，且其下表面和底板15上表面均帶有兩個圓形刻度線18，用于對稱放置不同直徑的圓柱形土樣10。
[0031]頂板旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括大滑輪、皮帶、滑輪組以及電機(jī)；大滑輪設(shè)置在旋轉(zhuǎn)頂板的上