CN107843485A - 一种用于直剪实验的温控剪切盒装置及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于直剪切实验的温控剪切盒装置，包括剪切合和温控系统，本发明有效避免了水浴加热时水对土壤性质的影响，且设计合理、结构简单、投入成本低、安装方便且操作简便、使用效果好、测试结果准确。

Description

一种用于直剪实验的温控剪切盒装置及操作方法
技术领域
本发明涉及一种抗剪强度测量装置，特别涉及一种可温控剪切盒装置及操作方法。
背景技术
随着国家对于新能源技术的大力倡导，能源桩技术在我国得到了较为快速的发展和应用。能源桩首要功能是满足安全稳定的承载性能，能源桩的设计和应用应首先解决由于温度效应导致的能源桩承载和变形的相关问题。因此，对不同温度条件下，结构面和土体的抗剪强度研究是十分必要的。
公开号为102230868A的专利为温控直剪仪，但是将土样直接泡在水中后会引起土体性质的变化，故该实验装置不适用用桩-土界面的抗剪强度研究。
公开号为203365229U的专利为施加循环荷载作用的大型界面特性直剪仪，该实验装置考虑了在循环荷载对于界面抗剪强度的影响，但是并未考虑温度对于该界面抗剪强度的影响。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种温控剪切盒装置及操作方法，用于测量不同温度以及温度循环变化对于桩-土界面的影响。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于直剪切实验的温控剪切盒装置，包括剪切盒和温控系统，其特征在于：所述的温控系统包括恒温箱、温度读取装置、恒温水浴装置和循环泵；所述的恒温箱由箱体和箱盖构成，所述的箱盖上预留有可使剪切仪的压力传感器工作的孔洞，所述的箱体上设有入水口和出水口；所述的箱体的出水口与恒温水浴装置的入口相连，所述的恒温水浴装置的出口与循环泵的入口相连，所述的循环泵的出口与所述的箱体的入口相连，所述的箱体与恒温水浴装置、温度传感器、循环泵形成闭合通道；所述的箱体底部固定有剪切盒，所述的剪切盒由用以填满测试样品B的上剪切盒和用以填满测试样品A的下剪切盒构成，所述的下剪切盒底部固定有可拆卸的底座，所述的底座可拆卸式固定在所述箱体的底板上；所述的上剪切盒叠置在所述的下剪切盒上方，所述的上剪切盒内腔与所述的下剪切盒内腔相通，所述的上剪切盒盒壁上对称设有滑动凹槽，所述的下剪切盒盒壁上设有与所述的滑动凹槽匹配的滑动凸条，所述的滑动凹槽的宽度与所述的下剪切盒的工作距离相匹配；所述的上剪切盒位于滑动凹槽上方的侧壁上设有通孔，所述的通孔内布置有温度传感器，所述的温度传感器通过导线与温度读数装置连接；所述的上剪切盒侧面固定设有传力杆件，所述的传力杆件贯穿所述的箱盖并设有延伸段；所述的上剪切盒顶部设有用于密闭的盖板；所述的箱体底部设有与直剪仪的滑动槽相配合的沿着水平方向运动的滚珠排；
所述的剪切盒呈水密闭结构。
进一步，所述的下剪切盒与所述的底座通过螺栓连接。
再进一步，所述的下剪切盒与所述的底座之间设有密封的O型圈。
进一步，所述的底座与所述的箱体通过螺栓连接。
再进一步，所述的底座与所述的箱体之间设有防渗垫片。
本发明所述的温控剪切盒装置的操作方法为：将下剪切盒可拆卸式固定在底座上，所述的底座可拆卸式固定在所述箱体的底板上，向所述的下剪切盒内填满测试样品A；然后将上剪切盒叠置在所述的下剪切盒上，使得所述的下剪切盒的滑动凸条卡设于所述的上剪切盒的滑动凹槽中，然后向所述的下剪切盒内填满测试样品B并盖上盖板；在箱体上盖上箱盖，然后将箱体的出水口与恒温水浴装置的入口相连，所述的恒温水浴装置的出口与循环泵的入口相连，所述的循环泵的出口与所述的箱体的入口相连，所述的箱体与恒温水浴装置装置、温度传感器、循环泵形成闭合通道；然后将所述的温控剪切盒装置装在直剪仪上，并在恒温水浴装置装置的水槽内填入水，启动低温恒温水浴装置和循环泵，在温度循环结束后启动直剪仪进行直剪实验，测量测试样品A-测试样品B的抗剪强度。
进一步，所述的测试样品A、测试样品B各自独立为土样或混凝土样。
再进一步，所述的测试样品A为土样时，所述的下剪切盒配备有下层透水石与所述的下剪切盒底座匹配的下层滤纸，所述的下剪切盒底座上方从下到上依次为下层透水石，下层滤纸及测试样品A的预留空间；所述的剪切盒装置工作时，下剪切盒被下层透水石，下层滤纸及测试样品A充满。
再进一步，所述的测试样品B为土样时，所述的上剪切盒配备有上层透水石与所述的上剪切盒匹配的上层滤纸,所述上剪切盒从盖板下方从上到下依次为上层透水石，上层滤纸及测试样品B的预留空间；所述的剪切盒装置工作时，上剪切盒被上层透水石、上层滤纸及测试样品B充满。
本发明的工作原理为：将搭建好的控温剪切盒装置安装在直剪仪上，启动恒温水浴装置和循环泵，然后通过水浴控制温度(单调上升t℃并保持足够长的时间t0；单调下降t℃并保持足够长的时间t0；在T+t℃与T-t℃各并保持足够长的时间t0并进行循环)，在温度循环结束后进行直剪实验，测量测试样品A-测试样品B的抗剪强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、通过热传递而不是通过水浴进行直接加热，保证土壤的性质不会因为直接泡在液体中而发生改变。
2、本实验装置操作简单，成本低。
3、可通过改变恒温水箱的温度控制试样A-试样B界面的温度，即可测量不同温度甚至温度循环作用对于试样A-试样B界面剪切强度的影响。
附图说明
图1为本发明剖面图；
图2为本发明局部俯视图；
图3为箱体剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
(1)测试样品B，(2)上剪切盒，(3)上层滤纸，(4)上层透水石，(5)温度传感器，(6)传力杆件，(7)盖板，(8)O型圈，(9)下剪切盒，(10)测试样品A，(11)底座，(12)孔洞，(13)下层透水石，(14)下层滤纸，(15)出水口，(16)箱盖，(17)滚珠排，(18)恒温水浴装置，(19)滑动凹槽，(20)滑动凸条，(21)通孔，(22)循环泵，(23)入水口，(24)箱体。
一种用于直剪切实验的温控剪切盒装置，包括剪切盒和温控系统，所述的温控系统包括恒温箱、温度传感器5、恒温水浴装置18和循环泵22，所述的恒温箱由箱体24和箱盖16构成，所述的箱盖16上预留有可使剪切仪的压力传感器工作的孔洞12，所述的箱体24上设有入水口23和出水口15；所述的箱体24的出水口与恒温水浴装置18的入口相连，所述的恒温水浴装置18的出口与循环22的入口相连，所述的循环泵22的出口与所述的箱体24的入口相连，所述的箱体24与恒温水浴装置装置18、循环泵22形成闭合通道；所述的剪切盒置于箱体24内，由上剪切盒2和下剪切盒9构成，所述的上剪切盒2叠置在所述的下剪切盒9上方，所述的上剪切盒2上对称设有滑动凹槽19，所述的下剪切盒9上对称设有可沿着所述的滑动凹槽19水平移动的滑动凸条20，所述的滑动凹槽19的水平长度与所述的下剪切盒9的工作距离相匹配；所述的上剪切盒2侧壁上设有通孔21，所述的通孔21位于所述的滑动凹槽19上方，所述的通孔21内布置有温度传感器5；所述的上剪切盒2侧面固定设有传力杆件6，所述的传力杆件6贯穿所述的箱盖16并设有延伸段；所述的上剪切盒2顶部设有盖板7，所述的下剪切盒9底部固定有可拆卸的底座11，所述的底座11可拆卸式固定在所述箱体24的底板上，所述的箱体24底部设有可使恒温箱16沿着水平方向运动的滚珠排17,所述的滚珠排17与直剪仪上设有的滑动槽相匹配；
所述的剪切盒装置工作时，下剪切盒9内填满测试样品A10，所述的上剪切盒2内填满测试样品B1。
所述的测试样品A10为土样，所述的下剪切盒9配备有下层透水石13与所述的下剪切盒9底座匹配的下层滤纸14，所述的下剪切盒9底座上方从下到上依次为下层透水石13，下层滤纸14及测试样品A10的预留空间；所述的剪切盒装置工作时，下剪切盒9被下层透水石13，下层滤纸14及测试样品A10充满。
所述的测试样品B1为混凝土样。
所述的下剪切盒9与所述的底座11通过螺栓连接。
所述的下剪切盒9与所述的底座11之间设有密封的O型圈8。
所述的底座11与所述的箱体24通过螺栓连接。
所述的底座11与所述的箱体24之间设有防渗垫片。
搭建完控温剪切盒装置后，将控温剪切盒装置安装在直剪仪上，在箱体内加入适量的液体保证液体没过上下剪切盒接触面5mm-10mm。然后通过水浴控制温度(单调上升t℃并保持足够长的时间t0；单调下降t℃并保持足够长的时间t0；在T+t℃与T-t℃各并保持足够长的时间t0并进行循环)。在温度循环结束后进行直剪实验，在直剪仪的作用下，推动箱体，下剪切盒和上剪切盒发生相对移动，测量混凝土-土样界面的抗剪强度。

Claims (9)

1.一种用于直剪实验的温控剪切盒装置，包括剪切盒和温控系统，其特征在于：所述的温控系统包括恒温箱、温度读数装置、恒温水浴装置(18)和循环泵(22)；所述的恒温箱由箱体(24)和箱盖(16)构成，所述的箱盖(16)上预留有可使剪切仪的压力传感器工作的孔洞(12)，所述的箱体(24)上设有入水口(23)和出水口(15)；所述的箱体(24)的出水口与恒温水浴装置(18)的入口相连，所述的恒温水浴装置(18)的出口与循环泵(22)的入口相连，所述的循环泵(22)的出口与所述的箱体(24)的入口相连，所述的箱体(24)与恒温水浴装置装置(18)、温度传感器(5)、循环泵(22)形成闭合通道；所述的箱体(24)底部固定有剪切盒，所述的剪切盒由用以填满测试样品B(1)的上剪切盒(2)和用以填满测试样品A(10)的下剪切盒(9)构成，所述的下剪切盒(9)底部固定有可拆卸的底座(11)，所述的底座(11)可拆卸式固定在所述箱体(24)的底板上；所述的上剪切盒(2)叠置在所述的下剪切盒(9)上方，所述的上剪切盒内腔与所述的下剪切盒内腔相通，所述的上剪切盒(2)盒壁上上对称设有滑动凹槽(19)，所述的下剪切盒(9)盒壁上设有与所述的滑动凹槽(19)匹配的滑动凸条(20)，所述的滑动凹槽(19)的宽度与所述的下剪切盒(9)的工作距离相匹配；所述的上剪切盒(2)位于滑动凹槽上方的侧壁上设有通孔(21)，所述的通孔(21)内布置有温度传感器(5)，所述的温度传感器(5)通过导线与温度读数装置连接；所述的上剪切盒(2)侧面固定设有传力杆件(6)，所述的传力杆件(6)贯穿所述的箱盖(16)并设有延伸段；所述的上剪切盒(2)顶部设有用于密闭的盖板(7)；所述的箱体(24)底部设有与直剪仪的滑动槽相配合的沿着水平方向运动的滚珠排(17)；
所述的剪切盒呈水密闭。
2.如权利要求1所述的温控剪切盒装置，其特征在于：所述的下剪切盒(9)与所述的底座(11)通过螺栓连接。
3.如权利要求1所述的温控剪切盒装置，其特征在于：所述的下剪切盒(9)与所述的底座(11)之间设有密封的O型圈(8)。
4.如权利要求1所述的温控剪切盒装置，其特征在于：所述的底座(11)与所述的箱体(24)通过螺栓连接。
5.如权利要求4所述的温控剪切盒装置，其特征在于：所述的底座(11)与所述的箱体(24)之间设有防渗垫片。
6.如权利要求1～5之一所述的温控剪切盒装置的操作方法，其特征在于：所述的操作方法为：将下剪切盒(9)可拆卸式固定在底座(11)上，所述的底座(11)可拆卸式固定在所述箱体(24)的底板上，向所述的下剪切盒(9)内填满测试样品A(10)；然后将上剪切盒(2)叠置在所述的下剪切盒(9)上，使得所述的下剪切盒(9)的滑动凸条(20)卡设于所述的上剪切盒(2)的滑动凹槽(19)中，然后向所述的下剪切盒(9)内填满测试样品B(1)并盖上盖板(7)；在箱体(24)上盖上箱盖(24)，然后将箱体(24)的出水口与恒温水浴装置(18)的入口相连，所述的恒温水浴装置(18)的出口与循环泵(22)的入口相连，所述的循环泵(22)的出口与所述的箱体(24)的入口相连，所述的箱体(24)与恒温水浴装置装置(18)、温度传感器(5)、循环泵(22)形成闭合通道；然后将所述的温控剪切盒装置装在直剪仪上，并在恒温水浴装置装置(18)的水槽内填入水，启动低温恒温水浴装置和循环泵，在温度循环结束后启动直剪仪进行直剪实验，测量测试样品A-测试样品B的抗剪强度。
7.如权利要求6所述的操作方法，其特征在于：所述的测试样品A(10)、测试样品B(1)各自独立为土样或混凝土样。
8.如权利要求7所述的操作方法，其特征在于：所述的测试样品A(10)为土样时，所述的下剪切盒(9)配备有下层透水石(13)与所述的下剪切盒(9)底座匹配的下层滤纸(14)，所述的下剪切盒(9)底座上方从下到上依次为下层透水石(13)，下层滤纸(14)及测试样品A(10)的预留空间；所述的剪切盒装置工作时，下剪切盒(9)被下层透水石(13)，下层滤纸(14)及测试样品A(10)充满。
9.如权利要求7所述的操作方法，其特征在于：所述的测试样品B(1)为土样时，所述的上剪切盒(2)配备有上层透水石(4)与所述的上剪切盒(2)匹配的上层滤纸(3),所述上剪切盒(2)从盖板(7)下方从上到下依次为上层透水石(4)，上层滤纸(3)及测试样品B(1)的预留空间；所述的剪切盒装置工作时，上剪切盒(2)被上层透水石(4)、上层滤纸(3)及测试样品B(1)充满。
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