[發明專利]一種用于多尺寸原狀土圓柱樣直剪試驗的大型直剪儀

在審

• 申請號: 202111277195.0
• 申請日: 2021-10-30
• 公開（公告）號: CN114062161A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 陳志波;蔡錦陽;楊輝;謝永寧;曾旭明;潘生貴
• 申請（專利權）人: 福州大學;華東勘測設計院（福建）有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

本發明涉及一種用于多尺寸原狀土圓柱樣直剪試驗的大型直剪儀，包括外部框架、試樣剪切盒、水平加載裝置、垂直加載裝置和控制系統，試樣剪切盒設于外部框架中，試樣剪切盒包括上、下剪切盒和底座；水平加載裝置包括配置有荷重傳感器的水平驅動電機、水平機械加載機構和上剪切盒連接結構，水平驅動電機安裝于外部框架一內側并經水平機械加載機構與下剪切盒接觸，上剪切盒連接結構固定于外部框架另一內側并與上剪切盒接觸；垂直加載裝置包括配置有荷重傳感器的垂直驅動電機和垂直機械加載機構，垂直驅動電機安裝于外部框架頂部下側并向下連接垂直機械加載機構。該直剪儀有利于對現場鉆探取得的原狀土圓柱樣進行原狀樣的大、中、小型室內直剪試驗，提高試驗的可靠性。

技術領域

本發明屬于土工試驗儀器技術領域，具體涉及一種用于多尺寸原狀土圓柱樣直剪試驗的大型直剪儀。

背景技術

土體抗剪強度是巖土工程中重要的土體力學參數。粗粒土因其優良的工程特性，被廣泛運用在工程建設中。因此如何準確、快速地測定粗粒土的強度指標尤為重要，這就需要特定的儀器進行測定。大型直剪儀因其可采用大尺寸試樣，對于粗粒土強度指標的測定又更為準確且迅速，減小了尺寸效應和邊界效應的影響，而被廣泛應用。現有的室內大型直剪儀因采用方形剪切盒，僅能采用重塑土樣進行試驗研究，對于圓柱形的原狀土樣并不適用。重塑土與原狀土的物理性質雖相同，但重塑土的結構已發生改變，這會導致兩者的力學性質存在明顯差異性，致使重塑土不能完全真實再現原狀土的強度變形特征。因此，僅適用于重塑土樣的直剪儀難以準確測定實際工況的土體力學參數。

目前，大型直剪儀的剪切盒形式多樣，剪切盒主要為方形結構，采用方形試樣，這導致試驗過程中可能存在受力不均、邊角應力集中、結構尺寸限制等問題。其次，工程取樣以鉆探取樣為主，輔以人工取樣，所取土樣為圓柱狀試樣，方形結構的剪切盒并不適用于此類原狀土樣。因此，研制一種適用于原狀土圓柱樣的室內大型直剪儀是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于多尺寸原狀土圓柱樣直剪試驗的大型直剪儀，該直剪儀有利于對現場鉆探取得的原狀土圓柱樣進行原狀樣直剪試驗，提高試驗的可靠性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于多尺寸原狀土圓柱樣直剪試驗的大型直剪儀，包括外部框架、試樣剪切盒、水平加載裝置、垂直加載裝置和控制系統，所述試樣剪切盒設置于外部框架內中部，所述試樣剪切盒包括上、下剪切盒以及圓柱形剪切盒，所述上、下剪切盒中部均開設有圓形通孔，所述圓柱形剪切盒設置于上、下剪切盒中部并貫穿上、下剪切盒；所述水平加載裝置包括配置有水平荷重傳感器的水平驅動電機、水平機械加載機構和上剪切盒連接結構，所述水平驅動電機安裝于外部框架一旁側的內側壁上，所述水平機械加載機構一端與水平驅動電機的輸出端連接，另一端與下剪切盒側部接觸，所述上剪切盒連接結構一端固定于外部框架另一旁側的內側壁上，另一端與上剪切盒接觸，以對試樣剪切盒中的試樣施加剪切力；所述垂直加載裝置包括配置有垂直荷重傳感器的垂直驅動電機和垂直機械加載機構，所述垂直驅動電機安裝于外部框架頂部的下側壁上，所述垂直機械加載機構上端與垂直驅動電機的輸出端連接，下端朝向試樣剪切盒中的試樣，以對其施加豎向壓力；所述控制系統分別與水平荷重傳感器、水平驅動電機、垂直荷重傳感器和垂直驅動電機電性連接，以采集加載的荷重數據并控制輸出的加載壓力及剪切速率；所述直剪儀應用于多尺寸原狀土圓柱樣的室內直剪試驗以及相同尺寸圓柱形重塑土樣的直剪試驗。

進一步地，所述試樣剪切盒放置于底座上，所述底座下部設有與其配合連接的滑軌，以使試樣剪切盒在裝設好試樣后可以沿著滑軌滑動至試驗工位上進行直剪試驗。

進一步地，所述直剪儀配設有受力塊體，所述受力塊體放置于試樣剪切盒中的試樣上部，且其尺寸大小與試樣相適應，所述垂直機械加載機構的下端抵住受力塊體，以對其施加豎向壓力，并通過受力塊體傳遞荷載，使試樣受力均勻。

進一步地，所述垂直機械加載機構下端設有凸部，所述受力塊體上端面對應設有凹槽，以使垂直機械加載機構與受力塊體良好接觸并定位。

進一步地，所述控制系統包括：