[發明專利]土體原位剪切及靜載荷試驗儀

有效

• 申請號: 201310697634.2
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103728188A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 孟達;李世海;劉曉宇;易瑞祥;呂祥峰;范永波;趙穎;秦韻
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/14
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及土體原位測試技術領域，尤其是涉及土體剪切和靜載荷原位實驗儀器。

背景技術

土體強度試驗值目前分為室內剪切實驗和現場大剪實驗、十字剪切實驗。一般土體抗剪強度的測定主要有直接剪切試驗、原位直剪試驗。

直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的一種常用方法，通常采用4個試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力進行剪切，求得破壞時的剪應力，然后根據庫倫定律確定土的抗剪強度參數內摩擦力和粘聚力。不論是三軸剪切還是常規直剪試驗，均要求在現場采集原狀土樣，然后在不同的壓力、排水條件及環境下進行試驗。

室內直剪試驗人為控制剪切面，且排水條件也難以控制，使得應力狀態與土體天然狀況有較大出入。原位直剪試驗由于測試在現場進行，不存在運輸的輕微擾動，也不會發生含水量的變化，能最大限度地保持土體結構的天然狀態。

另外，它還能夠沿著滑動方向施加水平推力，并可把剪切面直接固定在滑面上剪切，剪切面積較大，具有代表性。由于原位直剪試驗一般通過挖豎井的方式進行測量，試驗環境很差，同時，人為讀數的誤差是測量誤差的一個很大來源，系統測量誤差很大程度取決于試驗者的操作水平和試驗技能，且均不可同時測試土體靜載荷。

發明內容

本發明的目的是提供一種土體原位剪切及靜載荷試驗儀，可在地面以下的任何土層做原位土體的剪切強度和靜載荷測試，隨時測得土體的力-變形(應力-應變)曲線，各土層的比列極限、塑性、破壞強度和粘聚力、內摩擦角等參數。

本發明的一種土體原位直剪及靜載荷試驗儀包括：

殼體，

心軸，套設在所述殼體內，并沿所述殼體的長度延伸；

推桿，可移動并可旋轉地套設在所述心軸上，在所述推桿上開設有外螺紋，在所述推桿上安裝有位移傳感器和壓力傳感器；

導桿，該導桿有8個，均布在所述殼體內，并可沿所述殼體的長度方向移動，在所述導桿的一端設置有擺塊，在所述導桿的外表面形成有與所述推桿的外螺紋相適配的外螺紋；

連接塊，可移動套設在所述心軸上；

推塊，設置在所述心軸的一端；

托桿，該托桿有8個，一端鉸接安裝在所述連接塊上；

支撐桿，該支撐桿有8個，分別與所述托桿相一一對應設置，支撐桿的一端與所述托桿的另一端相鉸接連接，支撐桿的另一端鉸接連接在所述推塊上。

本發明使用托桿支撐擺塊形成的圓盤，利用剪切實驗得到土體粘聚力、內摩擦角標準值、壓力-變形曲線，采用靜載荷實驗得到土體比例極限、屈服極限和強度極限，試驗儀測試準確、操作靈活、結果可靠。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2為圖1的擺塊推到展開位置的結構示意圖；

圖3為圖2的擺塊形成的圓盤的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作進一步說明。

如圖1所示，本發明包括：殼體1、心軸2、推桿3、導桿4、連接塊5、推塊6、托桿7和支撐桿8。心軸2套設在殼體1內，并沿殼體1的長度延伸。推桿3可移動并可旋轉地套設在心軸2上，在推桿3上開設有外螺紋，在推桿3上安裝有位移傳感器9和壓力傳感器10。導桿4有8個，均布在殼體1內，并可沿殼體1的長度方向移動，在導桿4的一端設置有擺塊11，8個擺塊8正好拼成一個圓盤（下述），在導桿4的外表面形成有與推桿3的外螺紋相適配的外螺紋。連接塊5可移動套設在心軸2上。推塊6設置在心軸2的一端。托桿7有8個，一端鉸接安裝在連接塊5上。支撐桿8有8個，分別與托桿7相一一對應設置，支撐桿8的一端與托桿7的另一端相鉸接連接，支撐桿8的另一端鉸接連接在推塊6上。

如圖2所示，這樣，通過推桿3在心軸2上移動并旋轉，就驅動導桿4旋轉并移動，從而使擺塊11旋轉至展開的位置，8個擺塊11正好能夠拼接成如圖3所示的圓盤狀，此時托桿7打開并托住由擺塊11形成的圓盤。壓力傳感器10和位移傳感器9自動采集數據并存儲，并向上剪切土體，測得土體的力-變形(應力-應變)曲線、粘聚力、內摩擦角等參數，土體原位直剪測試后，托桿7回收且擺塊11旋轉縮回，逐步施加豎直載荷向下壓縮土體，應力和位移傳感器監測土體受力和變形，且自動采集測試數據并存儲，測得各土層的比列極限、塑性、破壞強度參數。另外，還可以在殼體1內設置視頻采集裝置，這樣就可以錄制這個實驗的全過程。

本發明使用推桿3驅動導桿4旋轉并移動，使擺塊11旋轉至展開形成圓盤狀，托桿支撐擺塊形成的圓盤，就可以利用剪切實驗得到土體粘聚力、內摩擦角標準值、壓力-變形曲線，采用靜載荷實驗得到土體比例極限、屈服極限和強度極限，試驗儀測試準確、操作靈活、結果可靠。另外，通過推桿3可以使擺塊11收起置于殼體1內，以便于下放到預定的土體位置進行測試。