CN107976363B - 一种测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置 - Google Patents

一种测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置 Download PDF

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Abstract

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置，由勺状抓土器、位移传递杆、套筒、套筒支架、固定支架、位移传递转接头、位移传感器、以及固定螺帽、螺丝等部件组成。勺状抓土器通过位移传递杆及位移传递转接头与位移传感器相连，位移传递杆套筒起阻隔作用，提高测量精度，整个体系通过套筒支架及固定支架固定在土工直剪仪剪切盒外壁上。将勺状抓土器埋置于测试土体内部，测试土体发生变形时带动勺状抓土器一起运动，从而测得土体微位移并准确传递给安装与剪切盒外的位移传感器。本发明还可以多套并联共同使用，可以同时测量同一土工直剪试验中剪切盒内测试土体不同位置的微变形情况。

Description

一种测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土 器传感器装置
技术领域
本发明属岩土技术领域，具体涉及一种测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置。
背景技术
在传统的土工直剪试验中，一般使用拥有剪切盒系统的直剪仪进行试验，试验原理是将同一种土的几个试样分别在不同的垂直压力作用下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得到破坏时的剪应力，然后根据库仑定律，确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和凝聚力。在土工直剪试验中往往使用上下剪切盒的相对位移作为名义土体变形值，这种做法忽略了剪切过程中剪切盒内土体与剪切盒的相对位移。特别对于大尺寸的土工直剪试验，剪切盒尺寸更大，剪切试验中剪切盒内土体发生了明显的蠕动变形，上下剪切盒的相对位移并不能准确代表土体的变形情况。目前，没有有效仪器装置与试验方法，用于测量土工直剪试验中测试土体内部微变形，需要提出新的实验装置与测量方法。通过设计能够测量土工直剪试验测试土体内部微位移的传感器装置，能够提供测量在土工直剪试验剪切过程中测试土体内部发生的真实变形，可以使这方面研究顺利进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置。
本发明提出的测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置，包括勺状抓土器1、位移传递杆2、位移传递杆套筒3、套筒支架4、固定支架5、位移传递转接头6、位移传感器8和剪切盒侧限框14，其中：
剪切盒侧限框14上开有凹槽，抓土器套筒3搁置于所述凹槽上，抓土器套筒3一端固定于套筒支架4上；固定支架5一侧通过固定支架螺丝13固定于剪切盒侧限框14侧部，套筒支架4固定于固定支架5上方，位移传递杆2穿过抓土器套筒3的两端，一端通过抓土器固定螺帽9连接勺状抓土器1，另一端通过位移传递杆固定螺帽11连接位移传递转接头6；抓土器套筒3一端固定于套筒支架4上，位移传感器８一端通过位移传感器夹持螺丝15固定于固定支架5上；位移传递转接头6另一端上预留有竖向长缝，位移传感器8的位移传感器伸缩杆7位于所述竖向长缝内上，且用两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12夹持固定，位移传递接头6上预留的竖向长缝可以容许位移传递杆2与位移传感器伸缩杆7产生高度不一致的情况，同时也允许位移传递杆2与位移传感器伸缩杆7在实验过程中产生一定的相对夹角，使之产生一种变相铰接，可以消除在土工直剪试验过程中土体竖向挤压位移传递杆套筒3产生的体系弯矩，从而减小测量误差，通过拧紧两枚位移传递杆固定螺帽11与两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12可以使位移传递杆2、位移传递转接头6、位移传感器伸缩杆7牢固固定在一起，从而使勺状抓土器1获得的土体变形能够准确传递给土体外的位移传感器8。
本发明中，位移传递接头6为U型钢制构件，由有预制孔洞的竖板、水平板和预留竖向长缝的竖板焊接组成，位移传递杆2通过两枚位移传递杆固定螺帽11夹持固定在位移传递接头6的预制孔洞的竖板上，位移传递转接头6的预留竖向长缝的竖板与位移传感器8的位移传感器伸缩杆7连接。
本发明中，固定支架5形状为悬臂抓手状，由预制固定螺孔的竖向固定板、水平悬臂和传感器抓手组成，竖向固定板与水平悬臂间通过腹板支撑，以提供较高的刚度；传感器抓手用于抓持固定位移传感器8，所述传感器抓手由两支带悬臂的圆形卡具组成，圆形卡具内径与位移传感器8外径一致，在两支带悬臂的卡具底部由预制螺孔，通过位移传感器夹持螺丝15连接，拧紧位移传感器夹持螺丝15可以缩小两支悬臂卡具的夹持空间，在位移传感器8穿入的情况下，拧紧位移传感器夹持螺丝15可以起到牢固夹持位移传感器8的作用，是位移传感器8在土工直剪试验过程中不发生位置变动。
本发明提出的传感器装置用于固定在土工直剪仪的剪切盒外侧，通过四枚固定支架固定螺丝13将传感器装置主体牢固固定在土工直剪仪的剪切盒侧限框外壁上；勺状抓土器1及部分位移传递杆2、部分位移传递杆套筒3伸入剪切盒内，其余部分在剪切盒外；需要在土工直剪仪剪切盒侧限框上相应位置预制用于深入位移传递杆2及套筒3的开放式孔，尺寸依试验需求而定。
本发明的工作过程：
本发明提出的装置主要用于测量土工直剪试验中测试土体发生的内部微位移，主要工作过程如下：
在土工直剪试验开展前的试样填放阶段就将勺状抓土器1埋置入剪切盒内的测试土体中相应设计位置，用抓土器固定螺帽9将勺状抓土器1夹持固定在位移传递杆2一端；将连接勺状抓土器1的位移传递杆2穿过位移传递杆套筒3，将位移传递套筒3穿过套筒支架4，用两枚套筒支架固定螺丝10将套筒支架4固定在固定支架5上，将固定支架5用四枚固定支架固定螺丝13固定在土工直剪仪剪切盒侧限框14外壁的设计位置上；将位移传感器8穿入固定支架5外端的圆形夹持装置中，拧紧位移传感器夹持螺丝15，牢固固定位移传感器8；用两枚位移传递杆固定螺帽11与两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12将位移传递杆2、位移传递转接头6、位移传感器伸缩杆7固定在一起。
完成本发明提出装置的安装后，即可进行土工直剪试验，测试土体发生内部变形时，勺状抓土器1会随着测试土体发生位移，将位移传递给剪切盒外部的位移传感器8，从而获取土工直剪试验测试土体内部发生的真实微位移。
本发明的有益效果在于：
本发明装置的最大优点是实现了对土工直剪仪剪切试验过程中剪切盒内内部测试土体真实微变形的准确测量，规避了传统试验方法的误差；本发明提出的套筒式结构能够有效阻挡测试土体对位移传递的干扰作用，提高测量精度；本发明提出的位移传递转接头装置能够有效消除在土工直剪试验进行过程中，埋置在测试土体内部的套筒式位移传递杆件形成的弯矩，提高测量装置的精度；本发明提出的套筒式抓土器装置可以并联使用，可以同时测量一组土工直剪试验中剪切盒内测试土体不同位置的微变形情况。
附图说明：
图1为本发明的示意图。
图2为本发明的前视图。
图3为本发明的左视图。
图4为本发明的右视图。
图5为本发明的俯视图。
图6为本发明的抓土器细部示意图。
图7为本发明的位移传递转接头细部示意图。
图8为本发明的卸下位移传感器8后的装置示意图。
图9为本发明的三套抓土器装置并联工作的示意图。
图中标号：1为勺状抓土器，2为位移传递杆，3为位移传递杆套筒，4为套筒支架，5为固定支架，6为位移传递转接头，7为位移传感器伸缩杆，8为位移传感器，9为抓土器固定螺帽，10为套筒支架固定螺丝，11为位移传递杆固定螺帽，12为位移传感器伸缩杆固定螺帽，13为固定支架固定螺丝，14为剪切盒侧限框，15为位移传感器夹持螺丝，16为剪切盒。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1：本实施例为单独使用的套筒式抓土器装置，其结构如图１-图８所示，由勺状抓土器1、位移传递杆2、位移传递杆套筒3、套筒支架4、固定支架5、位移传递转接头6、位移传感器8（包括位移传感器伸缩杆7）、以及起固定作用的螺帽、螺丝等部件组成，其中固定螺帽、螺丝包括：抓土器固定螺帽9、套筒支架固定螺丝10、位移传递杆固定螺帽11、位移传感器伸缩杆固定螺帽12、固定支架固定螺丝13、位移传感器夹持螺丝15。其中：勺状抓土器1为半圆形片状刚性构件，在其上预制孔洞用于穿过位移传递杆2，抓土器1上孔洞的内径与位移传递杆2的外径相同，位移传递杆2的两端部位置均刻有螺纹，通过两枚抓土器固定螺帽9一前一后夹持，拧紧两枚抓土器固定螺帽9可以牢固固定勺状抓土器1；位移传递杆2穿过抓土器套筒3，位移传递杆套筒3为圆管装钢制构件，有较强的刚度，起保护位移传递杆2的作用，位移传递杆套筒3的长度短于位移传递杆2，位移传递杆2从位移传递杆套筒两端伸出，一端连接勺状抓土器1，一端连接位移传递转接头6；位移传递接头6为U型钢制构件，由有预制孔洞的竖板、水平板、预留竖向长缝的竖板焊接组成，位移传递杆2通过两枚位移传递杆固定螺帽11夹持固定在位移传递接头6的预制孔洞的竖板上，位移传递转接头6的另一端与位移传感器8的位移传感器伸缩杆7连接，位移传递接头6上预留的竖向长缝可以容许位移传递杆2与位移传感器伸缩杆7产生高度不一致的情况，同时也允许位移传递杆2与位移传感器伸缩杆7在实验过程中产生一定的相对夹角，这就是一种变相铰接，可以消除在土工直剪试验过程中土体竖向挤压位移传递杆套筒3产生的体系弯矩，从而减小测量误差，移传感器伸缩杆7用两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12夹持固定，通过拧紧两枚位移传递杆固定螺帽11与两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12，可以使位移传递杆2、位移传递转接头6、位移传感器伸缩杆7牢固固定在一起，从而使勺状抓土器1获得的土体变形能够准确传递给土体外的位移传感器8。固定支架5为固定支撑整个传感器系统的主要构件，形状为悬臂抓手状，主要由预制固定螺孔的竖向固定板、水平悬臂、传感器抓手组成，竖向固定板与水平悬臂间有腹板支持，以提供较高的刚度；套筒支架4通过套筒支架固定螺丝10牢固固定在固定支架5上，套筒支架4上部预制圆形孔洞，其内径与位移传递杆套筒3外径一致，位移传递杆套筒3穿过套筒支架4上部孔洞，起到固定位移传递套筒3的作用；固定支架5的上部抓手用于抓持固定位移传感器8，抓手由两支带悬臂的圆形卡具组成，圆形卡具内径与位移传感器8外径一致，在两支带悬臂的卡具底部由预制螺孔，用位移传感器夹持螺丝15连接，拧紧位移传感器夹持螺丝15可以缩小两支悬臂卡具的夹持空间，在位移传感器8穿入的情况下，拧紧位移传感器夹持螺丝15可以起到牢固夹持位移传感器8的作用，使位移传感器8在土工直剪试验过程中不发生位置变动。
实施步骤为：在土工直剪试验开展前的试样填放阶段就将勺状抓土器1埋置入剪切盒内的测试土体中相应设计位置，用抓土器固定螺帽9将勺状抓土器1夹持固定在位移传递杆2一端；将连接勺状抓土器1的位移传递杆2穿过位移传递杆套筒3，将位移传递套筒3穿过套筒支架4，用两枚套筒支架固定螺丝10将套筒支架4固定在固定支架5上，将固定支架5用四枚固定支架固定螺丝13固定在土工直剪仪剪切盒侧限框14外壁的设计位置上；将位移传感器8穿入固定支架5外端的圆形夹持装置中，拧紧位移传感器夹持螺丝15，牢固固定位移传感器8；用两枚位移传递杆固定螺帽11与两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12将位移传递杆2、位移传递转接头6、位移传感器伸缩杆7固定在一起。随后进行土工直剪试验，测试土体发生内部变形时，勺状抓土器1会随着测试土体发生位移，将位移传递给剪切盒外部的位移传感器8，从而获取土工直剪试验测试土体内部发生的真实微位移。参照图1~8，本领域的技术人员均能顺利实施。
实施例2：本实施例为三个套筒式抓土器装置共同并联使用的情况，如图９所示，具体实施步骤为：在土工直剪试验开展前的试样填放阶段就将三个勺状抓土器1埋置入剪切盒内的测试土体中相应设计位置，用抓土器固定螺帽9将三个勺状抓土器1夹持固定在三根不同长度位移传递杆2的一端，三根位移传递杆2的具体长度按实验需要设计；将三根位移传递杆2穿过三根对应长度的位移传递杆套筒3，将三根位移传递套筒3穿过三个套筒支架4，分别用两枚套筒支架固定螺丝10将三个套筒支架4固定在三个固定支架5上，将三个固定支架5分别用四枚固定支架固定螺丝13固定在土工直剪仪剪切盒侧限框14外壁的设计位置上，本实施例中为等距均布放置；将三个位移传感器8穿入对应固定支架5外端的圆形夹持装置中，拧紧位移传感器夹持螺丝15，牢固固定位移传感器8；分别用两枚位移传递杆固定螺帽11与两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽12将三套位移传递杆2、位移传递转接头6、位移传感器伸缩杆7固定在一起。随后进行土工直剪试验，测试土体发生内部变形时，三个在不同位置的勺状抓土器1会随着相应区域的测试土体发生位移，进而将位移传递给剪切盒外部的三个位移传感器8，从而获取土工直剪试验测试土体内部不同位置同时发生的真实微位移。参照图1~9，本领域的技术人员均能顺利实施。

Claims (3)

1.测量土工直剪试验中测试土体内部微变形的套筒式抓土器传感器装置，包括勺状抓土器(1)、位移传递杆(2)、位移传递杆套筒(3)、套筒支架(4)、固定支架(5)、位移传递转接头(6)、位移传感器(8)和剪切盒侧限框(14)，其特征在于：
剪切盒侧限框(14)上开有凹槽，位移传递杆套筒(3)搁置于所述凹槽上，位移传递杆套筒(3)一端固定于套筒支架(4)上；固定支架(5)一侧通过固定支架螺丝(13)固定于剪切盒侧限框(14)侧部，套筒支架(4)固定于固定支架(5)上方，位移传递杆(2)穿过位移传递杆套筒(3)的两端，一端通过抓土器固定螺帽(9)连接勺状抓土器(1)，另一端通过位移传递杆固定螺帽(11)连接位移传递转接头(6)；抓土器套筒(3)一端固定于套筒支架(4)上，位移传感器(8)一端通过位移传感器夹持螺丝(15)固定于固定支架(5)上；位移传递转接头(6)另一端上预留有竖向长缝，位移传感器伸缩杆(7)位于所述竖向长缝内侧上，且用两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽(12)夹持固定，位移传递转接头(6)上预留的竖向长缝可以容许位移传递杆(2)与位移传感器伸缩杆(7)产生高度不一致的情况，同时也允许位移传递杆(2)与位移传感器伸缩杆(7)在实验过程中产生一定的相对夹角，使之产生一种变相铰接，可以消除在土工直剪试验过程中土体竖向挤压位移传递杆套筒(3)产生的体系弯矩，从而减小测量误差，通过拧紧两枚位移传递杆固定螺帽(11)与两枚位移传感器伸缩杆固定螺帽(12)可以使位移传递杆(2)、位移传递转接头(6)、位移传感器伸缩杆(7)牢固固定在一起，从而使勺状抓土器(1)获得的土体变形能够准确传递给土体外的位移传感器(8)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于位移传递转接头(6)为U型钢制构件，由有预制孔洞的竖板、水平板和预留竖向长缝的竖板焊接组成，位移传递杆(2)通过两枚位移传递杆固定螺帽(11)夹持固定在位移传递转接头(6)的预制孔洞的竖板上，位移传递转接头(6)的预留竖向长缝的竖板与位移传感器(8)的位移传感器伸缩杆(7)连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于固定支架(5)形状为悬臂抓手状，由预制固定螺孔的竖向固定板、水平悬臂和传感器抓手组成，竖向固定板与水平悬臂间通过腹板支撑，以提供较高的刚度；传感器抓手用于抓持固定位移传感器(8)，所述传感器抓手由两支带悬臂的圆形卡具组成，圆形卡具内径与位移传感器(8)外径一致，在两支带悬臂的卡具底部由预制螺孔，通过位移传感器夹持螺丝(15)连接，拧紧位移传感器夹持螺丝(15)可以缩小两支悬臂卡具的夹持空间，在位移传感器(8)穿入的情况下，拧紧位移传感器夹持螺丝(15)可以起到牢固夹持位移传感器(8)的作用，使位移传感器(8)在土工直剪试验过程中不发生位置变动。
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