CN101592576A - 气囊式土石混合体原位压剪试验装置 - Google Patents

气囊式土石混合体原位压剪试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种专用于土石混合体的原位压剪试验的装置。其主要特征是针对土石混合体的高度非均质及非连续性，在变法向荷载下对试样施加剪切荷载来获得土石混合体的抗剪特性，其剪切面的形成是无约束的。剪切荷载采用柔性加载的方法来施加，采用高压气囊加压的方法来施加剪切荷载。该装置能够如实反映土石混合体中剪切面的形成过程并有效改善由于剪切荷载刚性加载而导致的数据结果失真，通过该试验装置，可以针对土石混合体进行抗剪试验并获得更能反映实际情况的试验结果。

Description

气囊式土石混合体原位压剪试验装置
技术领域
岩土力学原位试验技术领域
背景技术
土石混合体多为松散堆积体且夹杂有块碎石，现场取样进行室内试验非常困难，现场原位试验能够获得抗剪强度及其多项力学参数而具有优势。现有的针对土体和岩体的原位剪切试验方法已经渐趋成熟，采用以大型千斤顶配套相应刚性加载系统来进行原位抗剪试验，包括大面积直剪试验、水平推剪试验、十字板剪切试验等，直剪试验及十字板剪切试验由于土石混合体中块石的存在而无法适用于土石混合体，而推剪试验也由于滑动面形成受到块石的影响而造成c、φ值的计算结果与实际相比偏差较大。由于土石混合体是一种高度非连续体，在施加剪切荷载的过程中土体与岩块的变形及运动存在着很大的不协调性，这就造成了传统刚性施加剪切荷载的方法对于原位剪切试验的结果影响较大。因此，传统的针对单一土体或者岩体的原位剪切试验技术并不适合于土石混合体这种特殊工程地质材料。
发明内容
本发明提供一种专用于土石混合体的原位压剪试验的装置。其主要特征是针对土石混合体的高度非均质及非连续性，在变法向荷载下对试样施加剪切荷载来获得土石混合体的抗剪特性，其剪切面的形成是无约束的。剪切荷载采用柔性加载的方法来施加，采用高压气囊加压的方法来施加剪切荷载。该装置能够如实反映土石混合体中剪切面的形成过程并有效改善由于剪切荷载刚性加载而导致的数据结果失真，通过该试验装置，可以针对土石混合体进行抗剪试验并获得更能反映实际情况的试验结果。
气囊式土石混合体原位压剪试验装置，由气囊式剪切荷载施加装置、法向荷载施加装置以及双侧边界约束装置构成，所述气囊式剪切荷载施加装置由气囊1和气囊箍2两部分组成；法向荷载施加装置由加载部分以及反力部分组成，其中加载部分由法向千斤顶9、传力钢板8、承压钢板10、滚轴11组成，反力部分由反力钢板12、钢丝绳13、旋紧器16以及锚杆14组成；双侧边界约束装置由侧向千斤顶3、承压钢板4、传力钢板6、滚轴5组成。
基本原理与技术：根据现场土石混合体的实际受力特点，在其法向施加荷载，达到预定荷载值后，开始施加剪切荷载并直至材料发生剪切破坏，通过变化法向荷载的大小从而得到系列的关系曲线，从而进一步推导得到相应的土石混合体物理力学参数。
气囊式土石混合体原位压剪试验装置，由气囊式剪切荷载施加装置、法向荷载施加装置和双侧边界约束装置构成。气囊式剪切荷载施加装置由气囊1和气囊箍2两部分组成，首先选择合适的原位试验地点并开挖出预定尺寸的待测试样，在试样前部预留出约25cm的空间，将气囊置入气囊箍中并保证气囊全部包入箍环中以防止气囊在加压过程中破裂，气囊箍周围可以适当用土体加固，最后将加压气泵与气囊相连接。
法向荷载施加装置由加载部分以及反力部分组成，其中加载部分由法向千斤顶9、承压钢板10、法向传力钢板8、滚轴11组成，反力部分由反力钢板12、钢丝绳13、旋紧器16以及锚杆14组成。首先布置法向加载装置，将试样顶部平面进行平整处理，之后依次放置法向传力钢板8、滚轴11以及承载钢板10，承压钢板10之上放置法向千斤顶9；然后布置反力装置，首先在法向千斤顶上布置反力钢板12，反力提供采用锚杆14牵引钢丝绳13来提供。
双侧边界约束装置由侧向千斤顶3、承压钢板4、侧向传力钢板6以及滚轴5组成。首先在开挖出试样的两侧布置反力钢板7，然后在试样两侧依次放置侧向传力钢板6、滚轴5以及承压钢板4，最后放置侧向千斤顶3。
最后分别将加压油泵联结到千斤顶上，法向加载用千斤顶单用一台油泵，双侧边界约束用千斤顶公用一台油泵，然后将千分表用磁性底座固定到两个侧向千斤顶上来量测气囊行程。
附图说明
图1：气囊式土石混合体原位压剪试验装置俯视图
图2：气囊式土石混合体原位压剪试验装置A-A剖面图
1：气囊；2：气囊箍；3：侧向千斤顶；4：承压钢板；5：滚轴；6：侧向传力钢板；7：反力钢板；8：法向传力钢板；9：法向千斤顶；10：承压钢板；11：滚轴；12：反力钢板；13：钢丝绳；14：锚固装置；15：试样；16：旋紧器
具体实施方式
1.首先通过加压油泵给法向千斤顶9施加法向荷载，待压力到达预定值后即可停止加压，之后除非在施加剪切荷载的过程中法向荷载下降明显，则可继续加压到预定值；
2.气囊1加压采用气泵，控制加压速度使得百分表转速基本保持恒定。气压表每转过约50Kpa记录一组数据，具体包括气囊1压力表读数、法向千斤顶9压力表读数、侧向千斤顶3压力表读数；
3.当气囊1压力表读数达到最大值然后压力表开始下降时，试样15已经剪切破坏，记录下峰值时各个表的读数；
4.变换法向千斤顶9施加的法向荷载大小，继续进行下一组试验。
5.根据试验结果，进行剪切参数的推导计算。

Claims (3)

1.气囊式土石混合体原位压剪试验装置，主要由气囊式剪切荷载施加装置、法向荷载施加装置以及双侧边界约束装置构成，所述气囊式剪切荷载施加装置由气囊(1)和气囊箍(2)两部分组成；法向荷载施加装置由加载装置以及反力装置组成，其中加载装置由千斤顶(9)、法向传力钢板(8)、承压钢板(10)、滚轴(11)组成，反力装置由反力钢板(12)、钢丝绳(13)、旋紧器(16)以及锚杆(14)组成；双侧边界约束装置由千斤顶(3)、承压钢板(4)、传力钢板(6)、滚轴(5)组成。
2.根据权利要求1所述的气囊式土石混合体原位压剪试验装置，气囊(1)为橡胶制成，呈囊状且充气后可以适当伸缩，满足土石混合体剪切破坏所需行程要求；气囊箍(2)为金属焊接所成的框架结构，且该框架满足气囊压力作用所需的强度和刚度；法向传力钢板(8)、承压钢板(4)及(10)、反力钢板(12)均为普通钢板根据试样大小切割而成，满足刚度要求；滚轴(5)及(11)为光圆钢筋，长度与承压钢板(4)及(10)宽度相等，直径与钢板厚度相当；钢丝绳(13)通过反力钢板(12)上的孔眼联结到锚杆(14)的钢环上来提供反力。
3.根据权利要求1所述的气囊式土石混合体原位压剪试验装置，气囊(1)安放时完全置入气囊箍中以利于加压，法向千斤顶(9)安装在试样顶部靠近气囊一侧1/3试样长度处，这样有利于在试验过程中保持顶部反力装置的稳定性。
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