[發明專利]土體原位剪切試驗裝置

有效

• 申請號: 201710879223.3
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107782635B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 李國維;陳偉;袁俊平;曹雪山;吳建濤;汪井秋
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種豎向壓力恒定變形自由的土體原位剪切試驗裝置，包括水平剪切系統、豎向加壓系統及數據采集系統；水平剪切系統包括電機、底座、抗滑錨桿、連接螺絲、剪切盒；豎向加壓系統包括滑動支座、滑槽、反力支架、加力杠桿、微調砝碼、配重砝碼、光滑橢圓接觸體和鋼墊板；數據采集系統包括水平及豎向位移傳感器、水平及豎向軸力傳感器、采集箱。本發明中使用杠桿臂長比恒定的杠桿來放大配重物質量，在試驗中為試樣提供穩定豎向載荷；使用滑動支座配合滑槽來保證剪切過程中豎向加壓系統與試樣同步移動；使用光滑橢圓接觸保證試樣豎向載荷始終垂直試樣頂面；使用微調砝碼能精確調控豎向壓力大小，保證設計荷載的準確實施。

技術領域

本發明涉及一種巖土工程測試裝置，具體是一種豎向壓力恒定變形自由的土體原位剪切試驗裝置。

背景技術

現場原位剪切試驗是探求巖土體真實強度的一項必備試驗，剪切試樣尺寸大、擾動小，試驗結果更具可靠性。常用的原位直剪儀主要由豎向壓力系統、水平剪力系統以及數據采集系統所組成。由于現場試樣尺寸大，維持試樣所需的豎向載荷需要的加載量大(重達數噸)，并且隨試樣位置更換豎向荷載必須隨之搬動，工作量大，費時費力。因此，如何方便快捷地為試驗過程提供準確且穩定的豎向載荷成為現場直接剪切試驗的關鍵問題。

現有技術中，現場原位剪切試驗的豎向載荷一般通過堆載或儀器自重提供。堆載法的堆載過程繁瑣，時間長，工作量大，安全性差；依靠儀器自重提供豎向載荷時，儀器框架與試樣豎向荷載施加裝置相連，由儀器自重或施加在框架上的外荷載提供反力，據此維持試樣所需的豎向壓力。上述兩種方式，均難以為試驗提供精確恒定的豎向壓力，且剪切過程中穩定性差；多數情況下同時限制了豎向變形的發展，而試樣在剪切破壞時試樣體積發生變化也是試驗過程中需要測量的一個重要指標，影響最終實驗結果。中國專利號CN201610349059.0提出來一種試樣豎向變形自由的室內試驗豎向壓力杠桿加載法，通過設定可上下移動的加壓橫桿保證了試驗過程中對環形試樣進行豎向加載的變形位移空間，但該法只適用于室內環剪試驗；當試樣尺寸大，且為現場原位水平剪切試驗時，剪切過程中試樣水平移動時此法無法達到理想效果。

發明內容

發明目的：本發明提供了一種土體原位剪切試驗裝置，該裝置能夠在土體試樣剪脹、剪縮破壞時仍為試樣提供垂直施加且大小恒定的豎向載荷，并且不妨礙試樣豎向變形。

技術方案：一種豎向壓力恒定變形自由的土體原位剪切試驗裝置，包括水平剪切系統、豎向加壓系統以及數據采集系統；具體地，水平剪切系統包括電機、底座、抗滑錨桿、連接螺絲、300mm*300mm方形剪切盒；豎向加壓系統包括滑動支座、滑槽、反力支架、反力板、加力杠桿、配重砝碼、微調砝碼、光滑橢圓接觸體和鋼墊板；數據采集系統包括水平及豎向軸力傳感器、水平及豎向位移傳感器以及數據采集箱。

電機與剪切盒之間設有軸力傳感器，三者間通過連接螺絲固定連接，為整個剪切裝置提供水平剪切力；抗滑錨桿通過底座的預留孔打入土體內部，防止剪切時裝置產生水平位移；加力杠桿下方設置有光滑橢圓接觸體；所述光滑接觸體下設置有軸力傳感器；剪切盒內試樣上方設有鋼墊板；加力杠桿一端設置有滑動支座；加力杠桿的另一端設置有配重砝碼；水平位移傳感器、豎向位移傳感器能夠測取水平及豎向位移；數據采集箱與各傳感器相連，測量記錄剪切過程中各項數據變化；試樣為原狀樣，試樣與地面保持天然連接。

剪切過程中滑動支座可在反力支架上設置的滑槽內自由滑動，且滑槽始終保持雙向水平，保證滑動支座所受反力始終垂直向下，同時剪切過程中豎向壓力系統與試樣同步移動。

加力杠桿下方設置接觸體，接觸體上設置有光滑橢圓形凹槽，該光滑橢圓形凹槽與軸力傳感器上方設置的光滑橢圓形凸起相接觸，從而將加力杠桿所提供的壓力施加給試樣，并運用橢圓接觸保證豎向壓力始終豎直施加。相同配重情況下，支座采用光滑橢圓接觸的形式能有效降低桿件所受最大正應力的大小，降低對桿件材質的要求。

加力杠桿兩端底部采用弧型設計，保證杠桿與滑動支座及配重砝碼接觸點、光滑橢圓接觸點，三點在同一水平線上。