CN106053254A - 一种电渗‑加载联合剪切仪 - Google Patents

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周亚东
杨爱武
刘中宪
尚伟
李顺群
卢力强
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Abstract

本发明提供了一种电渗‑加载联合剪切仪，包括剪切系统，直流电源，加载系统和测量系统，其特征在于：所述剪切系统包括上剪切盒，下剪切盒，储水盒，上阳极电板，下阳极电板，上阴极电板，下阴极电板，传力板，紧固螺栓和透水石；所述加载系统包括垂直加载系统和水平加载系统；所述测量系统包括位移传感器和压力传感器。该发明操作简单，造价低廉，可以对不同土样开展电渗‑加载联合或单独作用的室内剪切试验研究，同时可以考虑间歇通电或电极转换等复杂的电场情况，适用于电渗‑加载联合作用机理的研究和试验教学，并为在实际工程中的应用提供可靠的设计参数。

Description

一种电渗-加载联合剪切仪
技术领域
本发明属于土木工程中岩土工程的软黏土快速固化剪切试验装置技术领域，尤其涉及一种电渗-加载联合剪切仪。
背景技术
随着国民经济及基础建设的快速发展，沿海一带涌现出的大量软黏土地基急需处理。针对高黏粒含量、低渗透性的软黏土，传统排水固结方法(堆载及真空预压)加固效果不佳。近年来有人将电渗法与传统排水固结法联合应用于软黏土地基的加固，取得了良好的效果。
土体抗剪强度是工程设计中非常重要的技术指标，然而目前对电渗-加载后土体剪切破坏作用机理的研究还不完善，从而限制了该方法的推广应用。研究表明，在直流电场作用下阳极区域土体固结速度较快，必然导致电渗后土体强度不均。在室内试验及工程施工中，电渗-加载后土体抗剪强度的获取，一般取不同位置土体抗剪强度的平均值，该方法不但过程繁琐而且无法克服对土样扰动的影响，其抗剪强度指标与土体整体抗剪强度指标存在偏差。
在本发明之前，中国专利ZL201210033845.1和CN201310195200.2先后公开了涉及土体电渗的室内剪切试验装置：电渗剪切仪和一种电渗固结剪切仪。前者的剪切面位于阴极板和土样之间，用于测定电渗后土体与阴极钢板之间的剪切力，无法测定土体本身的抗剪强度；后者结构复杂，成本造价较高，且复式模型较大，一次试验耗费较大人力、物力，从研究电渗-加载联合作用机理及试验教学角度出发不适合推广应用。
发明内容
为克服上述现有试验装置的缺点或不足，本发明提供了一种电渗-加载联合剪切仪。该发明操作简单，成本低，可以对不同土样开展电渗-加载联合、单独作用的剪切试验研究。进而定量分析土体加固效果，为在实际工程中的应用提供可靠的设计参数。
本发明所述一种电渗-加载联合剪切仪，包括剪切系统，直流电源13，加载系统和测量系统，其特征在于：所述剪切系统包括上剪切盒1，下剪切盒2，储水盒8，上阳极电板5，下阳极电板6，上阴极电板3，下阴极电板4，传力板9，紧固螺栓7和透水石10；
所述下剪切盒2安装在所述储水盒8上，所述下阳极电板6和所述下阴极电板4分别安装在所述下剪切盒2的两侧，所述上阳极电板5和所述上阴极电板3安装在所述上剪切盒1两侧，所述紧固螺栓7将所述上阳极电板5和所述下阳极电板6，以及所述上阴极电板3和所述下阴极电板4分别固定连接；
所述储水盒8放置在试验台20上，所述储水盒8与试验台20之间由滚珠17联接，使其可沿水平方向自由滑动；
所述加载系统包括垂直加载系统和水平加载系统，所述垂直加载系统采用杠杆式加载，所述垂直加载系统包括垂直加载杆架11，百分表12，通过垂直加载杆架11、加载钢球A26及传力板9将竖向压力传递到土样上；所述水平加载系统采用水平加载气缸16加载，所述水平加载气缸16通过加载钢球B27、加载垫块28、储水盒8、下剪切盒2和下阳电极板6将剪切力传递到土样上；
所述测量系统包括位移传感器18和压力传感器19，所述压力传感器19通过传力杆21与上剪切盒1连接，用于测量土样的竖向位移、水平位移和剪切力；
所述直流电源13的正负极分别通过阳极导线14和阴极导线15与紧固螺栓7连接；
所述上剪切盒1和下剪切盒2均为长方形，所述上剪切盒1和下剪切盒2内部设有四个凸缘30；所述上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板5和下阳极电板6的前后两侧均开设有凹槽B29；所述凹槽B29与所述凸缘30紧密卡合；所述上剪切盒1和下剪切盒2的壁厚为10mm，由绝缘材料制作；
所述储水盒8、传力板9由绝缘材料制作；
所述上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板5和下阳极电板6的壁厚均为10mm，采用不锈钢制作；
所述上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板和5下阳极电板6的中间设有一定长宽深的凹槽A23，且在所述上阴极电板3和下阴极电板4的一侧设有、排水孔24，排水孔24与凹槽A23相通；所述下阴极电板4的底边设有三个出水孔25，直径5mm；
所述紧固螺栓7，对角设置两个，采用不锈钢制作，具有良好的刚度和导电性；所述上阴极电板3和所述下阴极电板4的后端以及所述上阳极电板5和所述下阳极电板6的前端开设有紧固螺栓孔22。
有益效果：
1、该发明操作简单，造价低廉，可以对不同土样开展电渗-加载联合或单独作用的室内剪切试验研究，同时可以考虑间歇通电或电极转换等复杂的电场情况，适用于电渗-加载联合作用机理的研究和试验教学，并为在实际工程中的应用提供可靠的设计参数。
2、本发明能够测定电渗-加载后土体本身的抗剪强度，结构不复杂，人力、物力试验耗费很小。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为本发明的上剪切盒剖面示意图；
图3为本发明阴极电板示意图。
图中，1、上剪切盒；2、下剪切盒；3、上阴极电板；4、下阴极电板；5上阳极电板；6、下阳极电板；7、紧固螺栓；8、储水盒；9、传力板；10、透水石；11、垂直加载杆架；12、百分表；13、直流电源；14、阳极导线；15、阴极导线；16、水平加载气缸；17、滚珠；18、位移传感器；19、压力传感器；20、试验台；21、传力杆；22、紧固螺栓孔、23、凹槽A；24、排水孔；25、出水孔；26、加载钢球A；27、加载钢球B；28加载垫块；29、凹槽B；30、凸缘。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明。
如图1-3所示，电渗-加载联合剪切仪包括剪切系统，直流电源13，加载系统和测量系统；剪切系统包括上剪切盒1，下剪切盒2，上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板5，下阳极电板6，紧固螺栓7，储水盒8，传力板9和透水石11；所述下剪切盒2安装在储水盒8上，分别将下阳极电板6和下阴极电板4安装在下剪切盒2两侧，然后将上阳极电板5和上阴极电板3安装在上剪切盒1两侧，通过紧固螺栓7将上阳极电板5和下阳极电板6，以及上阴极电板3和下阴极电板4固定连接；所述储水盒8与试验台20之间由滚珠联接；所述加载系统包括垂直加载系统和水平加载系统，所述垂直加载系统采用杠杆式加载，所述垂直加载系统包括垂直加载杆架11，百分表12，通过垂直加压杆架11、加载钢球A26及传力板9将竖向压力传递到土样上；所述水平加载系统采用水平加载气缸16加载，加载气缸16通过加载钢球B27、加载垫块28、储水盒8、下剪切盒2和电极板将剪切力传递到土样上；测量系统包括位移传感器18和压力传感器19，所述压力传感器19通过传力杆21与上剪切盒1连接，用于测量土样的竖向位移、水平位移和剪切力；所述直流电源13分别通过阳极导线14和阴极导线15与紧固螺栓7连接；
所述上剪切盒1和下剪切盒2均为长方形，所述上剪切盒1和下剪切盒2内部设有四个凸缘30；所述上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板5和下阳极电板6的前后两侧均开设有凹槽B29；所述凹槽B29与所述凸缘30紧密卡合；所述上剪切盒1和下剪切盒2的壁厚为10mm，由绝缘材料制作；
所述储水盒8、传力板9由绝缘材料制作；
所述上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板5和下阳极电板6的壁厚均为10mm，采用不锈钢制作；
所述上阴极电板3，下阴极电板4，上阳极电板和5下阳极电板6的中间设有一定长宽深的凹槽A23，且在所述上阴极电板3，下阴极电板4的一侧设有一定范围和直径的排水孔24，排水孔24与凹槽A23相通；所述下阴极电板4的底边设有三个出水孔25，直径5mm；
所述紧固螺栓7，对角设置两个，采用不锈钢制作，具有良好的刚度和导电性；
所述上阴极电板3和所述下阴极电板4的后端以及所述上阳极电板5和所述下阳极电板6的前端开设有紧固螺栓孔22。
具体使用方法如下：
(1)将储水盒8放置在试验台20上，储水盒8放置在试验台20中间由滚珠17连接；将下剪切盒2安装在储水盒8上，分别将下阳极电板6和下阴极电板4安装在下剪切盒2两侧，然后将上阳极电板5和上阴极电板3安装在上剪切盒1两侧，通过紧固螺栓7将上阳极电板5和下阳极电板6，以及上阴极电板3和下阴极电板4固定连接；
(2)将透水石10放置在下剪切盒2内，将试验土样装入剪切系统，然后放置透水石10及传力板9；
(3)分别用阴极电源导线15和阳极电源导线14将直流电源13与紧固螺栓连接7；
(4)将垂直加载杆架11加放置在传力板9上，并放置加载钢球A26；然后将百分表12固定在支架上，百分表12测量头与垂直加载杆架11接触，并记录初始读数。
(6)开启直流电源13，调至预定电压；垂直加载杆架11调至预定压力，电渗-加载固结试验开始；
(7)经过预定时间或固结后结束，拔掉紧固螺栓7，开启水平加载气缸16，并记录压力传感器19和位移传感器18的数值，当水平位移达到一定数值，剪切试验结束。
本发明电渗-加载联合剪切仪可根据需要开展单纯电渗，单纯加载，电渗-加载联合作用的室内剪切试验，同时可以考虑间歇性通电和电极转换等复杂的电场情况。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电渗-加载联合剪切仪，包括剪切系统，直流电源，加载系统和测量系统，其特征在于：所述剪切系统包括上剪切盒，下剪切盒，储水盒，上阳极电板，下阳极电板，上阴极电板，下阴极电板，传力板，紧固螺栓和透水石；
所述下剪切盒安装在所述储水盒上，所述下阳极电板和所述下阴极电板分别安装在所述下剪切盒的两侧，所述上阳极电板和所述上阴极电板安装在所述上剪切盒的两侧，所述紧固螺栓将所述上阳极电板和所述下阳极电板，以及所述上阴极电板和所述下阴极电板分别固定连接；
所述直流电源的正负极分别通过阳极导线和阴极导线与紧固螺栓连接；
所述上剪切盒和下剪切盒均为长方形，所述上剪切盒和下剪切盒内部设有四个凸缘；所述上阴极电板，下阴极电板，上阳极电板和下阳极电板的前后两侧均开设有凹槽B；所述凹槽B与所述凸缘紧密卡合；所述上剪切盒和下剪切盒的壁厚为10mm，由绝缘材料制作；
所述储水盒、传力板均由绝缘材料制作；
所述上阴极电板，下阴极电板，上阳极电板和下阳极电板的壁厚均为10mm，采用不锈钢制作；
所述上阴极电板，下阴极电板，上阳极电板和下阳极电板的中间设有一定长宽深的凹槽A，且在所述上阴极电板和下阴极电板的一侧设有排水孔，所述排水孔与所述凹槽A相通；所述下阴极电板的底边设有三个出水孔，直径5mm；
所述紧固螺栓，对角设置两个，采用不锈钢制作；
所述上阴极电板和所述下阴极电板的后端以及所述上阳极电板和所述下阳极电板的前端开设有紧固螺栓孔。
2.根据权利要求1所述的一种电渗-加载联合剪切仪，其特征在于：所述上剪切盒、下剪切盒、储水盒和传力板均由绝缘的有机玻璃制作。
3.根据权利要求1所述的一种电渗-加载联合剪切仪，其特征在于：所述储水盒放置在试验台上，所述储水盒与试验台之间由滚珠联接。
4.根据权利要求1所述的一种电渗-加载联合剪切仪，其特征在于：所述加载系统包括垂直加载系统和水平加载系统，所述垂直加载系统采用杠杆式加载，所述垂直加载系统包括垂直加载杆架、百分表，通过垂直加载杆架、加载钢球A及传力板将竖向压力传递到土样上；所述水平加载系统采用水平加载气缸加载，所述水平加载气缸通过加载钢球B、加载垫块、储水盒、下剪切盒和下阳电极板将剪切力传递到土样上。
5.根据权利要求1所述的一种电渗-加载联合剪切仪，其特征在于：所述测量系统包括位移传感器和压力传感器，所述压力传感器通过传力杆与上剪切盒连接。
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