[實用新型]一種可施加圍壓的豎向剪切面環剪試驗儀

有效

• 申請號: 201820384898.0
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN208125530U
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 寧奕冰;唐輝明;蔡毅;申培武;何成;安鵬舉;李昺;蘇雪雪
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 馮必發;金慧君

本實用新型公開了一種可施加圍壓的豎向剪切面環剪試驗儀，包括框架，框架支撐剪切盒、液壓伺服加載系統、監測傳感系統和剪切動力系統，剪切盒包括內剪切盒和外剪切盒，內剪切盒靜止不動，外剪切盒能環向轉動，剪切動力系統連接外剪切盒，并驅動外剪切盒的環向轉動，液壓伺服加載系統包括法向加壓裝置和環形傳力板，法向加壓裝置沿豎直方向插在內剪切盒的中間，提供法向應力，環形傳力板安裝在剪切盒的上方，傳遞豎向圍壓，監測傳感系統實時感應土樣的剪切數據，并傳輸給控制裝置。本實用新型對于研究高速遠程滑坡滑帶土抗剪強度特性、揭示滑坡演化過程與機理具有重要意義。

技術領域

本實用新型涉及土工試驗設備技術領域，尤其涉及一種可施加圍壓的豎向剪切面環剪試驗儀。

背景技術

研究土體的抗剪強度特性，對于邊坡穩定性分析、地質災害發生的力學機制研究及其邊坡漸進式破壞過程研究等具有重要意義。

巖土體的抗剪強度特性一般可由現場原位試驗或室內土工試驗獲得，原位剪切試驗尺寸大，由于巖土體為未擾動樣，所得試驗結果與工程實際情況最為接近，但是原位剪切試驗具有成本高、周期長、儀器笨重等缺點。與此相比，室內試驗雖然土樣的代表性較差，但是由于其成本低、周期短、價格低廉等特點，被更加廣泛用于土體的抗剪強度特性的研究中。

目前，工程上常用的測定土體抗剪強度的室內試驗方法主要有：三軸剪切試驗、直接剪切試驗、無側限壓縮試驗等。其中直接剪切試驗是發展較早的一種測定土的抗剪強度的方法，由于其設備簡單，易于操作，在我國的應用比較廣泛。常規的直剪儀雖然種類繁多，但原理基本相同，均是沿固定的剪切面，在不同法向力的作用下測得若干抗剪強度值。在實際剪切過程中，試樣的剪切面持續減小，且剪切面上的正應力分布不均，不能反映出真實的巖土體所處應力狀態。另外，直接剪切試驗和三軸剪切試驗受儀器的限制，其剪切位移具有局限性，無法滿足對高速遠程滑坡等大位移條件下土體的抗剪強度及殘余強度的數值測定。因此，有必要發展能夠實現大剪切位移試驗條件的特殊土工設備和相應試驗技術，其中環剪儀是能夠滿足這兩種要求的最有效的手段之一。

自20世紀20年代至今，國外學者和研究機構一直致力環剪儀的研發，并相繼研制出了各種類型的環剪儀。隨著科學技術的進步，環剪儀的制造趨于大型化和高度自動化，并逐步克服了剪切過程中諸如土體滲漏、應力分布不均、上下剪切盒摩擦過大等問題。伴隨著大量、高精度傳感器和伺服傳動控制裝置的應用，現代環剪儀能夠進行模擬更加復雜應力條件下的土工試驗，并能夠保證試驗結果的準確性，盡管現代環剪儀的功能及測量精度日趨成熟，但其設計原理均基本相同：即分為上下兩個剪切盒，剪切面為一個平行于水平面方向的同心圓環。這種原理存在的固有缺陷就是：由于圓環在徑向上存在一定寬度，因此將導致剪切面上沿徑向的剪切線速度分布不一致，相同時間內的剪切位移不一致，這都將使得剪切過程中剪應力及剪位移在剪切面上的分布不均勻，從而使得剪切過程不能還原實際情況。為了盡量減少以上原理所帶來的試驗誤差，設計者們減小了剪切盒沿半徑方向的寬度，并用中心剪切環處的剪應力及剪位移來代替整個剪切面上的應力應變狀態。這樣剪切盒的容積便受到限制，對于實際巖土工程問題中的大量土石混合體試樣，這類環剪儀便難以進行相關土體抗剪強度參數的測定及剪切過程的模擬。

為了解決以上問題，一種適用于豎向剪切面的環剪試驗儀被提出。然而，目前已公開的豎向剪切面環剪儀存在諸多問題，施加軸向應力的裝置與扭矩施加裝置設計在一起，在實際工作過程中會相互干擾，從而導致施加在土體試樣上力的精度降低，影響試驗結果的準確性；制樣完成后需撤掉制樣護板后再套入剪切盒中，因此較為松散的土石體無法采用該環剪儀進行試驗；試驗過程中僅提供垂直于剪切面方向的豎向力加載，剪切面上應力分布不均勻，無法提供精確的法向壓力與圍壓。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的實施例提供了一種可施加圍壓、剪切面應力分布均勻、能穩定運行、試驗結果的真實可靠可施加圍壓的豎向剪切面環剪試驗儀。