[實用新型]一種剪切儀

有效

• 申請號: 201220303115.4
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN202748274U
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 程言君;趙廷寧;張成梁;榮立明;付曉錚;張建軍;高甲榮;史常青;關楓
• 申請（專利權）人: 輕工業環境保護研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝

技術領域

本實用新型涉及分析及測量控制技術領域，特別是涉及一種剪切儀，應用于在礦山廢棄地修復過程中，測定礦山巖土的剪切應力及其穩定性分析，為礦山的修復提供標準和依據，確保工程區域居民的人身和財產安全。

背景技術

土是固相、液相和氣相組成的散體材料。一般而言，在外部荷載作用下，土體中的應力將發生變化。當土體中的剪應力超過土體本身的抗剪強度時，土體將產生沿著其中某一滑裂面的滑動，而使土體喪失整體穩定性。所以，土體的破壞通常都是剪切破壞。土體的抗剪強度指巖土、土體在剪切面上所能承受的極限或允許剪切力，是土體抵抗破壞的極限能力，其數值上等于剪切破壞時滑動面上的剪應力。它可以應用于巖石力學、土力學、巖土工程等多種學科。

對于水土保持學科，在對礦區進行修復的過程中，廢石及礦渣的抗剪應力是區域水土流失評價中反映土力學特性的重要指標之一，它的抗剪強度的大小直接影響了土壤的抗侵蝕性能和礦山整體發生滑坡、崩塌等災害的可能性大小，因此研究礦區廢石及渣土的抗剪應力與穩定性分析對礦區的修復具有非常重要的意義。

土體的抗剪強度，首先取決于其自身的性質，即土的物質組成、土的結構和土所處于的狀態等。土的抗剪強度主要由粘聚力c和內摩擦角來表示，土的粘聚力c和內摩擦角稱為土的抗剪強度指標。

公式(1-1)表示了土的抗剪強度τ_f與法向應力σ的關系，它是由法國科學家庫倫(C.A.Coulomb)于1776年首先提出來的，所以也稱為土體抗剪強度的庫倫公式。由公式(1-1)可知，對于砂土而言，τ_f與σ的關系曲線是通過原點（0,0）的，而且，它是與坐標系中橫坐標軸呈角的一條直線。該直線方程為：

式中：τ_f——砂土的抗剪強度(kN／m²)；

σ——砂土試樣所受的法向應力(kN／m²)；

——砂土的內摩擦角(°)。

莫爾（Mohr,1910）繼庫倫的早期研究工作，提出土體的破壞是剪切破壞的理論，認為在破裂面上，法向應力σ與抗剪強度τ_f之間存在著函數關系，即：

τ_f=f(σ)

這個函數所定義的曲線為一條微彎的曲線，稱為莫爾破壞包線或抗剪強度包線。如果代表土單元體中某一個面上σ和τ的點落在破壞包線以下，表明該面上的剪應力τ小于土的抗剪強度τ_f，土體不會沿該面發生剪切破壞。若點正好落在破壞包線上，表明該點所代表的截面上剪應力等于抗剪強度，土單元體處于臨界破壞狀態或極限平衡狀態。若點落在破壞包線以上，表明土單元體已經破壞。實際上落在破壞包線以上的點所代表的應力狀態是不會存在的，因為剪應力τ增加到抗剪強度τ_f時，不可能再繼續增長。

測試土的抗剪強度指標時所采用的試驗儀器種類和試驗方法對土的抗剪強度指標的試驗結果有很大影響。目前，人們經常采用直接剪切試驗、三軸剪切試驗、無側限抗壓試驗和十字板剪切試驗的方法來研究土的物質成分、顆粒形狀、排列、接觸和連結方式等，以便闡明土的抗剪強度的實質。這些方法采用的原理即上述的庫倫公式和莫爾破環包線。

但是對于目前的技術方法：直接剪切試驗具有儀器設備簡單、操作方便等優點。但是它的缺點是土樣上的剪應力沿剪切面分布不均勻，不容易控制排水條件，在試驗過程中，剪切面發生變化等；十字板剪切試驗的優點是不需鉆取原狀土樣，對土的結構擾動較小，但它適用于軟塑狀態的粘性土。

全國發展各類礦產資源的同時產生了大量的廢棄礦山，嚴重影響了我國的生態環境和景觀建設，這些廢棄的礦山也引發和形成了一定的地質災害，危及人民生命財產安全。礦山廢棄地的生態修復已成為生態修復的重要內容之一。而在礦山修復的實踐中礦山土體的穩定性有著極為重要的作用。礦區土體能否具有較高的穩定性能，較強的抗剪應力，直接關系到礦區及周邊地區的安全。礦區土體具有較大的抗剪能力，可以大副度減少礦區發生土壤侵蝕，促進其上植物的生長，加快礦區綠化的進度；同時，較強的抗剪能力也可以防止滑坡、崩塌等災害的發生，可以說礦區土體的穩定性大小是衡量礦區修復是否成功的的重要指標之一。而一般測量抗剪的實驗儀器都只能測得較小體積的土壤。針對目前所有的實驗方法，其剪切盒只能裝載較小體積的土體進行剪切實驗，而在礦山修復的過程中，所要測量的是大塊的礦區廢石的抗剪應力及巖土穩定性，目前現有的方法都不能滿足要求。

實用新型內容

（一）要解決的技術問題