[發明專利]一種環向水壓式剪切盒三向受壓直剪儀及工作方法

在審

• 申請號: 201911385183.2
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN110895223A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 何芝遠;彭建兵;冷艷秋;趙俊彥;朱勇鋒;張瑞華
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開了一種環向水壓式剪切盒三向受壓直剪儀及工作方法，本發明的直剪儀通過在上盒四周圍設有剪切上盒，下盒四周圍設有剪切下盒，上盒與剪切上盒間的間隙以及下盒與剪切下盒間的間隙分別連接有對應的導管，兩個導管均接入水壓機，從而使上盒和下盒形成具有圍壓的剪切盒，本裝置能夠真實量測和有效反映試樣在真實應力狀態下的力學指標和試樣剪脹性的問題，并且增加的圍壓測量，減小了現有技術的不確定所帶來的誤差，以及試樣體積應變所帶來的誤差，本發明能夠提供工程實際大量可靠資料，大大減少了由于資料不充分給工程設計帶來的設計缺陷。

技術領域

本發明屬于巖土工程土工試驗領域，具體涉及一種環向水壓式剪切盒三向受壓直剪儀及工作方法。

背景技術

工程邊坡的破壞大多數是由剪切破壞引起的，準確把握巖土體強度特性是巖土體及邊坡穩定性分析的關鍵。在測定土體強度的各種試驗方法中，室內直剪試驗因其操作簡單，費用低廉而被廣泛應用。直剪試驗是以Coulomb理論為理論基礎發展而來的，是最早且最直接測定巖土體抗剪強度的試驗方法。

直剪儀作為土工試驗中最常規的一種試驗設備，可以分為應力控制式和應變控制式，我國普遍采用的是應變控制式直剪儀。利用直剪儀進行的剪切試驗是一種測定土體抗剪強度的方法，一般選取四個試樣在不同的垂直壓力p之下,施加水平向剪切力進行剪切，測出破壞時的剪應力，最后依據庫倫摩爾準則確定出土體的內摩擦角φ和黏聚力c。

土體的抗剪強度由兩部分組成，即摩擦強度(與內摩擦角φ成正比)和粘聚強度(粘聚力c)。而摩擦強度又主要體現在兩個方面：滑動摩擦和咬合摩擦。試樣的剪脹性指的就是試樣破壞了原來的咬合狀態，表現出體積脹大的現象。

目前實驗室內常見直剪儀的剪切盒的形狀和大小均為固定，未考慮土體在天然狀態下的三維應力狀態，故其所求得的參數并不能真實反映出土體的力學指標。同時常規直剪儀由于無法觀測剪切過程中試樣的體積變化進而不能直觀反應出土體的剪脹和剪縮特性。因此準確地模擬出試樣的真實應力狀態并求出試樣在真實應力狀態中的力學指標，并判斷出土體的剪脹性，在巖土工程建設以及災害評估中意義重大。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種環向水壓式剪切盒三向受壓直剪儀及工作方法，能夠解決傳統直剪儀在剪切試驗中不能真實量測和有效反應試樣在真實應力狀態下的力學指標和試樣剪脹性的問題，使工程實際中的數據更加準確和充分。

為了達到上述目的，一種環向水壓式剪切盒三向受壓直剪儀，包括上盒和下盒，上盒和下盒共同組成用于放置試樣的空腔，上盒四周圍設有剪切上盒，下盒四周圍設有剪切下盒，上盒與剪切上盒以及下盒與剪切下盒間具有間隙，上盒與剪切上盒間的間隙以及下盒與剪切下盒間的間隙分別連接有對應的導管，兩個導管(3)均接入水壓機，導管上設置有U型管，上盒上部設置有加壓裝置，剪切上盒側面連接測量裝置，剪切下盒側面連接推動裝置。

加壓裝置包括用于傳遞軸向壓力的垂直加壓框架，垂直加壓框架上設置有垂直壓力計，垂直加壓框架底部設置有傳壓板，傳壓板能夠與上盒內的試樣接觸。

連接測量裝置包括固定在剪切下盒上的測力計和水平位移計。

推動裝置包括剪切傳動機構和推動器，剪切傳動機構與剪切下盒接觸，推動器用于給剪切傳動機構提供動力。

水壓機上開設有氣壓閥門，氣壓閥門下游連接U型管。

試樣的底部和頂部均設置有透水板，試樣底部的透水板下方設置有儲水盒。

剪切下盒固定在滾珠小車上。

一種環向水壓式剪切盒三向受壓直剪儀的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，打開水壓機，使水流入U型管，并使上盒與剪切上盒間的間隙以及下盒與剪切下盒間的間隙內充水，形成具有圍壓的剪切盒后，關閉水壓機；