一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器的制作方法

1.本实用新型属于水利土木工程领域，具体涉及一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器。


背景技术：

2.土体是自然界中各种地质营力作用下形成的产物，人类的工程建设活动离不开各类土体。剪切破坏是土体破坏的主要形式，例如边坡失稳、地基滑移隆起、基坑失稳等；而土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，与土的物质成分、颗粒组成、状态和结构等密切相关，主要依靠室内试验和原位测试确定。
3.随着城镇化、工业化的发展，城乡建设用地需求不断增加，出于保护耕地资源的需求，越来越多的城镇向山地发展，随之也带来诸多潜在地质风险和困难，如山地斜坡稳定性问题、场地地层起伏大引起的倾斜、滑移问题、场地类别复杂等。在山地工程中，不可避免的会遇到各类岩层的全～强风化层或在构造应力的作用下破碎的接触带，这类地层岩土体很多呈碎石状或碎石土状，工程上可定义为碎石类土或混合土。工程上需获取该层土的抗剪强度指标，以供稳定性分析及支护设计使用。如何获取这类碎石类土或混合土的抗剪强度指标是岩土工程界的难题之一。
4.土的抗剪强度可由室内试验及原位测试获得。根据现行《土工试验方法标准》gb50123中的规定，直接剪切试验“适用于细粒土”，采用常规直剪仪完成；粗颗粒土直接剪切试验需要采用应变控制式大型直接剪切仪完成，仪器体积大、所需要的试样数量也高，通常做一组剪切试验动辄需要几百公斤，且试验周期很长，难以满足勘察工期要求，实施难度大。而野外大面积原位剪切试验费用高、费时费力、且试验操作条件受限，试验数量很难达到统计要求，因此只在少量有条件的工程上使用。而且现行《土工试验方法标准》gb50123中只是对“细粒土”和“粗粒土”的直剪试验进行了规定，自然界中同时大量存在介于“细粒土”和“粗粒土”之间的“中粗粒土”，若采用现有的粗粒土的直剪试验仪器，试样数量需求量高、制样复杂、试验操作费时费力。因此，一种能够方便快捷的用于中粗粒土室内剪切试验的仪器是本领域技术人员一致所研究的方向。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提出一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器，以解决现有的剪切试验仪器对中粗粒土进行试验时试样数量需求量高、制样复杂、试验操作费时费力的问题，能够方便快捷的完成中粗粒土室内直接剪切试验。
6.为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器，包括固定架、工作台、上剪切盒、下剪切盒、剪切控制装置及法向载荷加压装置，所述固定架为铸铁矩形架，且固定架上部通过高强度螺丝与工作台相连接，工作台上部设置有轨道，轨道上部分别安置有下剪切盒及上剪切盒；所述下剪切盒的两端设置有剪切控制装置，所述剪切控制装置包括推动座、荷载传感器、位
移传感器及顶头座，推动座安置于工作台上，且推动座通过推进组与下剪切盒的一端相接触；所述上剪切盒的另一端通过荷载传感器与顶头座相连接；工作台上设置有法向载荷加压装置，所述法向载荷加压装置包括加压组及调节组。
8.进一步，所述下剪切盒为高强度不锈钢材质，下剪切盒的底部带有方形水槽，下剪切盒为两侧均设有卡槽的圆柱空腔体结构，上剪切盒为两侧设有滚轮的圆柱空腔体结构，上下剪切盒中放置试样，且试样上部放置透水板，并通过传压板与加载横梁对接；所述上剪切盒侧部通过荷载传感器与顶头座相连接，且顶头座固定设置在工作台上。
9.进一步，所述上剪切盒上部设置有加载横梁、传压板及调节螺钉。
10.进一步，所述加压组包括加载框架、滚动膜片气缸及空气压缩机，滚动膜片气缸设置于工作台的底部，并通过连接件与空气压缩机相连接。
11.进一步，所述调节组包括螺杆、下部横梁及调节手轮，下部横梁安置于固定架上，且下部横梁的螺孔内设置有螺杆，螺杆上部与加载框架的下部相对接，螺杆下部与调节手轮相连接。
12.进一步，所述推进组包括丝杆驱动台、行程开关座及伺服电机，丝杆驱动台安置于推动座的一端，且丝杆驱动台上部设置有伺服电机及行程开关座。
13.进一步，所述轨道带有若干滚轮，且轨道上部通过卡槽与下剪切盒相连接；所述上剪切盒及下剪切盒盒内径为150mm，高度为100mm。
14.进一步，所述一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器的使用方法包括以下步骤：
15.s1、剪切盒安装：将上剪切盒及下剪切盒安置于工作台之上的轨道上，上下剪切盒对准并插入定位螺杆；
16.s2、试样安装：在下剪切盒1内放置有孔塑料板、塑料薄膜或滤纸，将装有原状试样的环刀刃口朝上，置于卡槽上，在试样顶面放置塑料薄膜或者滤纸、有孔塑料板，然后将试样缓慢平稳推入剪切盒内，移去环刀，放上传压板；若试样为重塑样，将按指定含水率、指定干密度配置好的松散土料，分层缓缓填入剪切盒内，边填边用小木槌轻轻击实样品，使土样最终高度控制在80mm处，抚平土样表面，依次放入塑料薄膜或滤纸、有孔塑料板，放上传压板。
17.s3、施加法向荷载：前后调整剪切盒位置，使剪切盒与荷载传感器、剪切位移传感器良好接触。将加载横梁处的调节螺钉垂直置于传压板中间凹槽处；设置法向加压荷载，启动空气压缩机，通过滚动膜片气缸传力杆及加载框架向试样施加法向荷载。
18.s4、开始剪切：拔出定位螺杆，启动剪切至试验结束，并实时采集试验数据。
19.s5、拆除试样：试验结束，卸除法向荷载，依次移去加载框架、传压板、有孔塑料板，将剪切盒从工作台上抬出，退出试样，并清理干净剪切盒。
20.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果之一：
21.1、本发明提供了一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器，该仪器采用φ150
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h100mm尺寸剪切盒，可用于中粗粒径的土试样进行室内直剪试验；由空气压缩机提供动力源，最大法向荷载可达2400kpa，可满足高应力状态下直接剪切试验要求。剪切力采用伺服控制方式，传感器测量，可以进行应变速率范围0.002～2.4mm/min的直剪试验。
22.2、本设计采用底部施压的方式，由空气压缩机对滚动膜片气缸进行驱动，通过加载框架及传压板对试样施加法向荷载。
附图说明
23.图 1 为本实用新型结构示意图。
24.图 2 为本实用新型俯视图。
25.图中：1-下剪切盒、2-上剪切盒、3-荷载传感器、4-位移传感器、5-顶头座、6-伺服电机、7-推动座、8-行程开关座、9-工作台、10-轨道、11-加载框架、12-加载横梁、13-调节螺钉、14-传压板、15-滚动膜片气缸、16-调节手轮、17-压力控制器、18-固定架、19-螺杆、20-下部横梁。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图
27.及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体
28.实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，“前、后、上、下、左、右”，“内、
30.外”、“底、顶”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方向或位置
31.关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些
32.方位词并不指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方
33.位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
34.实施例1
35.参照图1图2所示，一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器，包括固定架18、工作台9、上剪切盒2、下剪切盒1、剪切控制装置及法向载荷加压装置，所述固定架18为铸铁矩形架，且固定架18上部通过高强度螺丝与工作台9相连接，工作台9上部设置有轨道10，轨道10上部分别安置有下剪切盒1及上剪切盒2；所述下剪切盒1的两端设置有剪切控制装置，所述剪切控制装置包括推动座7、荷载传感器3、位移传感器4及顶头座5，推动座7安置于工作台9上，且推动座7通过推进组与下剪切盒1的一端相接触；所述上剪切盒2的另一端通过荷载传感器3与顶头座5相连接；工作台上设置有法向载荷加压装置，所述法向载荷加压装置包括加压组及调节组；上述方案中，在固定架18上部设置有工作台9，且工作台9上设置有轨道10、下剪切盒1、上剪切盒2、及剪切控制装置，通过推进组将下剪切盒1在轨道上进行推进，实现剪切试验，同时采用荷载传感器3及位移传感器4进行数据采集。
36.实施例2：本实施例是在现有的实施例1的基础上对上下剪切盒进行进一步描述，所述下剪切盒1为高强度不锈钢材质，下剪切盒1的底部带有方形水槽，下剪切盒1为两侧均设有卡槽的圆柱空腔体结构，上剪切盒2为两侧设有滚轮的圆柱空腔体结构，上下剪切盒中放置试样，且试样上部放置透水板，并通过传压板14与加载横梁12对接；所述上剪切盒2侧部通过荷载传感器3与顶头座5相连接，且顶头座5固定设置在工作台9上；荷载传感器3与数据采集系统相连接，便于采集各个传感器中的数据。
37.实施例3：
38.本实施例是在现有的实施例1的基础上对法向荷载加载方式进一步描述，所述上剪切盒2上部设置有加载横梁12、传压板14及调节螺钉13；上剪切盒2、下剪切盒1中放置试样，试样上部放置透水板，通过传压板14、调节螺钉13与加载横梁12对接，配合加压组进行使用；加压组包括加载框架11、滚动膜片气缸15及空气压缩机，滚动膜片气缸15设置于工作
台9的底部，并通过连接件与空气压缩机相连接；本设计采用底部施压的方式，由空气压缩机对滚动膜片气缸15进行驱动，通过加载框架11及传压板14对试样施加法向荷载。
39.实施例4：
40.本实施例是在现有的实施例1的基础上对调节组进行进一步描述，所述调节组包括螺杆19、下部横梁20及调节手轮16，下部横梁20安置于固定架18上，且下部横梁20的螺孔内安置有螺杆19，螺杆19上部与加载框架11的下部相对接，螺杆19下部与调节手轮16相连接；通过转动手轮16，对加载框架11位置进行调节，以达到调节控制加载框架11与传压板14的接触。
41.实施例5：
42.本实施例是在现有的实施例1的基础上对推进组进行进一步描述，所述推进组包括丝杆驱动台、行程开关座8及伺服电机6，丝杆驱动台安置于推动座7的一端，且丝杆驱动台上部设置有伺服电机6及行程开关座8；丝杆驱动台在伺服电机6的驱动下对下剪切盒1进行水平推动，同时另一侧的荷载传感器3及位移传感器4进行记录，提高设备的实用性。
43.实施例6：
44.本实施例是在现有的实施例1的基础上对轨道10进行进一步描述，所述轨道10带有若干滚轮，且轨道10上部通过卡槽与下剪切盒1相连接；带有滚轮的轨道设置，便于下剪切盒1进行水平滑动，最大限度减小了仪器摩阻力，从而保证了试验精度。
45.实施例7：
46.一种中粗粒土室内直接剪切试验仪器的使用方法包括以下步骤：
47.s1、剪切盒安装：将上剪切盒2及下剪切盒1安置于工作台9之上的轨道10上，上下剪切盒对准并插入定位螺杆；
48.s2、试样安装：在下剪切盒1内放置有孔塑料板、塑料薄膜或滤纸，将装有原状试样的环刀刃口朝上，置于卡槽上，在试样顶面放置塑料薄膜或者滤纸、有孔塑料板，然后将试样缓慢平稳推入剪切盒内，移去环刀，放上传压板14；若试样为重塑样，将按指定含水率、指定干密度配置好的松散土料，分层缓缓填入剪切盒内，边填边用小木槌轻轻击实样品，使土样最终高度控制在80mm处，抚平土样表面，依次放入塑料薄膜或滤纸、有孔塑料板，放上传压板14。
49.s3、施加法向荷载：前后调整剪切盒位置，使剪切盒与荷载传感器3、剪切位移传感器4良好接触。将加载横梁12处的调节螺钉13垂直置于传压板14中间凹槽处；设置法向加压荷载，启动空气压缩机，通过滚动膜片气缸15传力杆及加载框架11向试样施加法向荷载。s4、开始剪切：拔出定位螺杆，启动剪切至试验结束，并实时采集试验数据。
50.s5、拆除试样：试验结束，卸除法向荷载，依次移去加载框架11、传压板14、有孔塑料板，将剪切盒从工作台9上抬出，退出试样，并清理干净剪切盒。
51.以上多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，
52.结合任一实施例描述一个具体特征、结构或特点时，所要主张的是结合其他实
53.施例来实现这种特征、结构或者特点的也落在本实用新型的范围内。
54.尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的
范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。