[發(fā)明專利]一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010119049.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111175152A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉靜;狄圣杰;呂慶超;陸希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司 61108
• 代理人: 王衛(wèi)

1.一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括

剪切盒(1)，剪切盒(1)為方形，且由上下設(shè)置的上剪切盒(5)和下剪切盒(6)構(gòu)成，上剪切盒(5)和下剪切盒(6)中部具有中空方形腔體；

外力加載系統(tǒng)，外力加載系統(tǒng)包括可調(diào)節(jié)的水平向加載機(jī)構(gòu)(2)和可調(diào)節(jié)的垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)，水平向加載機(jī)構(gòu)(2)連接在下剪切盒(6)外側(cè)壁上，垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)設(shè)置在上剪切盒(5)上端開(kāi)口處；

側(cè)壓控制系統(tǒng)，側(cè)壓控制系統(tǒng)與剪切盒(1)側(cè)壁連接，用于對(duì)試樣(4)壓力的控制；

固定裝置，固定裝置與上剪切盒(5)外側(cè)壁連接，固定裝置設(shè)置在水平向加載機(jī)構(gòu)(2)的相對(duì)側(cè)面；

透水機(jī)構(gòu)，透水機(jī)構(gòu)設(shè)置在剪切盒(1)內(nèi)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的上剪切盒(5)是無(wú)蓋、無(wú)底的方形框狀結(jié)構(gòu)；所述的下剪切盒(6)是無(wú)蓋的盒體結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的透水機(jī)構(gòu)包括排水孔(7)和透水石；所述的排水孔(7)為盲孔或通孔，設(shè)置在下剪切盒(6)底面；所述的透水石包括上剪切盒透水石(8)和下剪切盒透水石(9)，上剪切盒透水石(8)設(shè)置在垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)下表面，下剪切盒透水石(9)設(shè)置在試樣(4)與排水孔(7)之間。

4.如權(quán)利要求1所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的外力加載系統(tǒng)包括兩套水平向加載機(jī)構(gòu)(2)和一套垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)；兩套水平向加載機(jī)構(gòu)(2)分別連接在下剪切盒(6)相鄰的兩個(gè)外側(cè)壁上。

5.如權(quán)利要求1或4所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的水平向加載機(jī)構(gòu)(2)均包括外力加載顯示儀(10)、加力器(11)和傳力板(12)；所述的外力加載顯示儀(10)與加力器(11)連接，加力器(11)通過(guò)傳力板(12)固定在下剪切盒(6)外側(cè)壁上。

6.如權(quán)利要求1或4所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)包括外力加載顯示儀(10)、加力器(11)、傳力鋼珠(21)和加壓活塞(13)；所述的傳力鋼珠(21)連接在加壓活塞(13)上，傳力鋼珠(21)通過(guò)加力器(11)與外力加載顯示儀(10)連接。

7.如權(quán)利要求1所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的側(cè)壓控制系統(tǒng)設(shè)置有四套；其中兩套側(cè)壓控制系統(tǒng)連接在上剪切盒(5)相鄰兩側(cè)面上，另外兩套側(cè)壓控制系統(tǒng)連接在下剪切盒(6)相鄰兩側(cè)面上且上、下側(cè)壓控制系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)；下剪切盒(6)上設(shè)置的側(cè)壓控制系統(tǒng)與水平向加載機(jī)構(gòu)(2)共面。

8.如權(quán)利要求7所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的側(cè)壓控制系統(tǒng)包括側(cè)壓顯示儀(14)、加壓器(15)和儲(chǔ)氣腔(16)；所述的側(cè)壓顯示儀(14)和加壓器(15)設(shè)置在剪切盒(1)外；所述的儲(chǔ)氣腔(16)的截面為矩形且設(shè)置在剪切盒(1)內(nèi)，儲(chǔ)氣腔(16)布滿所處剪切盒(1)的側(cè)面；側(cè)壓顯示儀(14)連接在加壓器(15)上，加壓器(15)與剪切盒(1)內(nèi)的儲(chǔ)氣腔(16)連通；上剪切盒(5)與下剪切盒(6)內(nèi)的儲(chǔ)氣腔(16)之間固定連接有剛性墊塊(19)；在設(shè)置儲(chǔ)氣腔(16)的剪切盒相鄰兩側(cè)壁連接處固定連接有剛性塊體(20)。

9.如權(quán)利要求1所述的一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的固定裝置為量力鋼環(huán)(17)；量力鋼環(huán)(17)與上剪切盒(5)連接。

10.一種三向應(yīng)力邊界可控的直剪試驗(yàn)測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟

步驟一：首先將上剪切盒(5)和下剪切盒(6)穩(wěn)定放置，然后將連接在上剪切盒5側(cè)壁上的量力鋼環(huán)(17)與固定豎直支撐件(18)固定；

步驟二：將試樣(4)放入剪切盒(1)中，通過(guò)調(diào)節(jié)側(cè)壓系統(tǒng)和垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)，先使試樣(4)在原始賦存應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行排水固結(jié)；

步驟三：動(dòng)態(tài)調(diào)控剪切盒上的側(cè)壓系統(tǒng)(3)，通過(guò)垂直向加載機(jī)構(gòu)(3)施加設(shè)定的垂直壓力σ₍₁₎，再通過(guò)下剪切盒(6)的水平向加載機(jī)構(gòu)(2)施加設(shè)定的剪切力τ_(1)x，使試樣(4)以設(shè)定的剪切速率進(jìn)行剪切，直至剪破；

步驟四：重復(fù)步驟一至步驟三，進(jìn)行4組剪切試驗(yàn)，得到四組試驗(yàn)的垂直壓力σ₍₁₎、σ₍₂₎、σ₍₃₎、σ₍₄₎和四組剪切力τ_(1)f、τ_(2)f、τ_(3)f、τ_(4)f；

步驟五：根據(jù)步驟四獲取的四組試驗(yàn)的垂直壓力和根四組剪切力值，結(jié)合庫(kù)倫強(qiáng)度理論得到抗剪強(qiáng)度中粘聚力c和摩擦角φ關(guān)系；

步驟六：通過(guò)步驟五得到的粘聚力c和摩擦角φ關(guān)系，確定土體抵抗剪切破壞的抵抗能力。