[實用新型]測定土體各向同性抗剪強度的十字板頭

有效

• 申請號: 201220675932.2
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN202989897U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 狄圣杰;汪明元;單治鋼;張琳
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團華東勘測設計研究院
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術領域

本實用新型涉及一種測定土體各向同性抗剪強度的十字板頭，主要適用于土木工程、水利水電工程、港口通航工程原位測試技術領域。

背景技術

目前土體的抗剪強度試驗分為室內試驗和原位試驗兩種，原位試驗由于具有對土體不擾動的優勢，適用于現場測定飽和粘性土的不排水強度，其儀器構造和操作方便簡潔，在工程建設中應用廣泛。對于土體而言，由于受固結程度不同和各向異性力學特性影響，一般情況下在水平方向和豎直方向抗剪強度值不同，目前使用的十字板頭是矩形，土體破壞面為包括側面和上下底面的圓柱面，抗剪強度計算公式是假定水平方向和豎直方向抗剪強度值相等的近似公式，故計算方法不嚴格，對于某些超固結土會產生較大的誤差。在土體中探桿桿軸的轉動摩擦也抵消了部分的扭力矩，亦為測試精度帶來了影響。同時由于目前的十字板對土體的剪切面限定在圓柱體的側面和上下底面，土體不同角度破裂面抗剪強度值有所不同，例如軟粘土類邊坡沿最危險滑動面附近的土體抗剪強度，即與滑面處對應的土體破裂面角度密切相關，此時不同角度對應的抗剪強度在各向同性介質中應是相等的，在結構性及各向異性介質中就會表現出差異性，如何測得土體不同角度破裂面的抗剪強度值并進行對比分析，也是原位測試的一個工作重點。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是：針對上述板頭形式和計算方法的不足，提供一種測定土體各向同性抗剪強度的十字板頭，以達到提高測定精度的目的。

本實用新型所采用的技術方案是：測定土體各向同性抗剪強度的十字板頭，包括探桿桿軸，以及安裝于該桿軸上的兩塊剪切板，其特征在于：所述剪切板為菱形，且其中一條對角線與桿軸軸線重合；所述桿軸外同軸套有一硬質套管，且兩者之間為滾動摩擦。

兩塊剪切板尺寸相同，且呈90度正交布置。

兩塊剪切板均為正方形，并以可拆卸方式安裝于桿軸上。

本實用新型的有益效果是：1、采用菱形剪切板，且其中一條對角線與桿軸軸線重合，在原位測試中剪切破壞土樣呈上下兩個對稱的圓錐狀，抗剪強度由于在各個板邊測試值相等，故所測強度為各向同性抗剪強度值，規避了土體各向異性力學特性的影響，真實反映了剪切破壞面的實際情況，克服了現有十字板測試成果整理時，將剪切破壞時土體水平方向和豎直方向的抗剪強度假定相等的問題，從而提高了測定精度。2、桿軸外同軸套有一硬質套管，硬質套管隨探桿桿軸一起貫入土層，保證探桿桿軸入土深度范圍內與土體不接觸，這樣探桿桿軸轉動時不會因與土體摩擦而抵消部分扭力矩，使得測試更加精確。

附圖說明

圖1是本實用新型的立體圖。

圖2是本實用新型的立面圖。

圖3是本實用新型的土體剪切破壞面示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本實施例包括探桿桿軸1、以可拆解方式安裝于該桿軸上的兩塊剪切板2，以及同軸套設于該桿軸外的硬質套管3；兩塊剪切板2為尺寸完全相同的正方形，且兩者呈90度正交布置，各剪切板2的其中一條對角線與桿軸1軸線重合；所述硬質套管3與桿軸1之間為滾動摩擦，且套管3底端與剪切板2頂端高度持平，隔絕桿軸1與土體的接觸和摩擦，使測定過程中施加扭力矩完全由桿軸1承受。

采用前述十字板頭進行土體原位抗剪強度測定，可以忽略土體水平方向和豎直方向各向異性的影響，其土體剪切破壞面呈上下對稱的兩個圓錐面，通過扭力矩和剪切板2尺寸的換算，可得到土體45°斜面上各向同性抗剪強度，亦可擴展為不同菱角的十字板頭，獲取土體不同破裂角度上的抗剪強度，為軟粘土不排水抗剪強度原位測試提供了一種新的途徑。具體測試步驟如下：

a、將所述十字板頭壓入測試土體中，然后對桿軸1施加一定的扭力矩，進行原位十字板剪切試驗。由于硬質套管3隨探桿桿軸1一起貫入土層，保證探桿桿軸1入土深度范圍內與土體無接觸，這樣探桿桿軸1轉動時不會因與土體摩擦而抵消部分扭力矩，扭力矩全部由探桿桿軸1承受，使得測試更加精確。

如圖3所示，本例土體剪切破壞面為上下對稱分布的兩個圓錐面，在破壞面上土體抗剪強度值在各個方向均相等，即所測值為土體各向同性抗剪強度，規避了土體各向異性力學特性的影響，保證了所測抗剪強度值的唯一性，此值可視為土體各向同性抗剪強度參數。

b、按如下公式求得土體不排水抗剪強度值C_u：