CN110441165A - 一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置及加工方法，所述试验装置包括：架体，其底部架装在土体表面；水平承载机构，设置于支撑架的底部，包括剪切盒和承载部件；施力单元，包括竖向施力部和横向施力部；以及多个检测单元；所述加工方法包括以下步骤：将盒体底部的环刀插入土体中，挖去环刀外部的土体安装好设备；设置竖向施力部力的数值，固结并测量竖向位移；对横向施力部施加力进行剪切，读取水平位移计的读数；算出原位土体的土体参数数值。本发明的有益效果是：结构简单,使用方便,可整体拆卸,便于携带,由于以传感器显示数值,在现场获得未扰动的原位土的相关数据,使测试结果更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种现场直剪试验装置及加工方法,特别是在大型土体现场试验参数测定技术的领域。
背景技术
直剪试验仪器分为室内试验直剪仪和现场试验直剪仪。常规的室内直剪试验仪有上、下两个剪切盒,试样放入剪切盒后,在试样顶部施加一定的垂直压力,推动剪切盒,使试样受剪至破坏,从而得到土体的强度参数。常规的室内直剪仪的尺寸较小,只能适用于细粒土。对于部分颗粒较大的原状土石混合体，若采用常规的室内直剪仪开展直剪试验,一方面由于试验仪器尺寸较小,得到的参数不准确，对土石混合体不适用；另一方面,室内开展原状土石混合体的直剪试验，土样极易受扰动,不能完全反映现场土体的实际状态。然而大多数现场试验直剪仪,具有整体不可拆卸,质量大,运输携带不方便,尺寸不可调节,水平力容易偏心,竖向反力系统耗时耗费或工艺要求高等特点。
在现场开展试验，会受试验环境的限制，比如施工现场是不间歇的进行施工的，不可能像室内直剪试验仪器一样随时且长时间的进行试验，因此所设计的试验仪器操作起来要简便并且安装试验仪器过程所耗的时间要简短。
除上述两种常见的直剪试验仪器外,目前国内外学者及工程人员根据各自不同的研究方向和领域开发了很多改进型的直剪试验装置,有的是针对特殊材料做的特殊处理,也有的是增加温控系统、加载系统、实时计量系统等特殊装置的剪切试验仪器。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置及加工方法，其目的在于测量施工现场原位土体的力学参数。本试验装置具有拆卸便捷，操作简单，功能性强，且成本不高等特点。
本发明所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于，包括：
架体，其底部架装在土体表面；
水平承载机构，设置于支撑架的底部，包括剪切盒和承载部件，其中剪切盒包括盒体以及设置于盒体顶部的剪切盒盖板，其中盒体的盒腔为上下通腔结构，且剪切盒盖板盖合在盒体的顶部敞口；承载部件铺装于剪切盒盖板表面，用于向剪切盒传递纵向压力；
施力单元，包括竖向施力部和横向施力部，其中竖向施力部悬装于支撑架的顶部，且竖向施力部的施力端与承载部件相连，用于向水平承载机构的剪切盒提供纵向的压力；横向施力部装于支撑架的侧面，并且保持横向施力部的施力端与剪切盒的盒体接触，用于向剪切盒提供水平的剪切力；
以及多个检测单元，设置于水平承载机构的剪切盒和/或承载部件上，用于检测水平承载机构的横向位移和/或纵向位移。
所述支撑架包括底板、顶板以及钢管，所述钢管的上与顶板拆卸式连接，钢管的下端与底板拆卸式连接，并且保持顶板与底板水平；顶板的下端面通过两根沿对角线排布的连接钢管固定。
所述钢管的下端与底板之间增设防倾倒部件，所述防倾倒部件包括固定环和固定钢筋，其中所述固定钢筋的底部与底板固接，固定钢筋的顶部与套设在钢管下部的固定环相连，用于加固底板与钢管之间连接的同时防止钢管倾倒。
所述承载部件包括承压板和滚珠，所述承压板铺设于剪切盒盖板顶面上，用于将竖向施力部的压力均匀的传递到剪切盒盖板顶面上；滚珠设置于承压板与剪切盒盖板顶面之间的凹槽内，用于在进行水平剪切时减小剪切盒盖板与上承压板之间的摩擦。
所述位移计包括竖向位移计和上剪切盒位移计，其中竖向位移计设置在竖向施力部的施力端或承压板上，用于检测竖向施力部的施力端纵向位移；上剪切盒位移计设置在剪切盒盖板上，用于检测剪切盒盒体的横向位移。
盒体的底部设有用于插入土体内并对其进行切割的环刀。
盒体的的侧壁嵌装透水石，用于供容腔内土样中的水份排出。
所述竖向施力部为竖向千斤顶，所述横向施力部为水平液压千斤顶。
在剪切盒侧边缘有两个槽口，并且在槽口放置了透水石。
根据本发明所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将盒体底部的环刀插入土体中，当环刀全部插入土体时，然后将环刀外部的土体挖去，即剪切盒外部的土体，然后将整个试验仪器装置安装好；
2)对竖向施力部进行设置力的数值，关闭底板，进行固结，读取竖向位移计的数据；
3)固结结束后开始进行剪切，将L型钢和横向施力部固定好，打开底板，对横向施力部施加力进行剪切，然后读取横向施力值和对应的水平位移计的读数；
4)开展不少3个不同竖向力的试验；
5)以竖向力为横坐标、横向施力值为纵坐标，建立坐标系。将每个试验的竖向力值和最大的横向施力值标记在该坐标系上，根据所得的试验结果,采用最小二乘法绘制一条直线，该直线与纵坐标的交点为土石混合体的粘聚力值，直线的倾斜角为土石混合体的内摩擦角。
本发明的有益效果是：
(1)结构简单,使用方便,体积小,可整体拆卸,便于携带,安全可靠,并且具有整体可拆卸、携带方便使用范围广的特点。
(2)本发明的直剪主体装置的4根钢管和上侧钢板可以通过螺母拆卸，上千斤顶和水平千斤顶也可以拆卸，主体钢板与钢管之间也可以通过螺母拆卸，拆卸之后携带转移方便。
(3)本试验仪器操作难度较低，对于现场施工人员都可以进行操作，得到的数据可靠,由于以传感器显示数值,而非人去估读,减少了读数时产生的误差,仅需要进行平行试验，记录数据即可。
(4)本试验的测量方法提供的是一种适用于测试未受扰动的土石混合体的真实可靠的抗剪断强度参数的现场大剪试验设备,测试结果能反映现场原状土石混合体的强度特征，试验数据更具有真实性。
(5)本试验装置可以测量不同位置以及不同深度土参数，获得的试验数据量较大。
(6)本试验装置所需的经济成本较低。
附图说明
图1为本发明试验仪器用环刀切入土体过程中的示意图。
图2为本发明试验仪器的环刀切入土体后的示意图。
图3为本发明试验仪器结构示意图的主视图。
图4为本发明试验仪器结构示意图的左视图。
图5为本发明试验仪器结构示意图的俯视图。
图6为本发明试验仪器的结构示意图(其中a为剪切盒前视图；b是剪切盒主视图；c是底板结构图；d是剪切盒结构图；e是剪切盒侧视图)。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，包括：
架体，其底部架装在土体表面；
水平承载机构，设置于支撑架的底部，包括剪切盒和承载部件，其中剪切盒包括盒体10以及设置于盒体顶部的剪切盒盖板9，其中盒体的盒腔为上下通腔结构，且剪切盒盖板盖合在盒体的顶部敞口；承载部件铺装于剪切盒盖板表面，用于向剪切盒传递纵向压力；
施力单元，包括竖向施力部4和横向施力部11，其中竖向施力部悬装于支撑架的顶部，且竖向施力部4的施力端与承载部件相连，用于向水平承载机构的剪切盒提供纵向的压力；横向施力部装于支撑架的侧面，并且保持横向施力部的施力端与剪切盒的盒体接触，用于向剪切盒提供水平的剪切力；
以及多个检测单元，设置于水平承载机构的剪切盒和/或承载部件上，用于检测水平承载机构的横向位移和/或纵向位移。
所述支撑架包括底板14、顶板3以及钢管1，所述钢管1的上部与顶板拆卸式连接，钢管的下端与底板拆卸式连接，并且保持顶板与底板水平；顶板的下端面通过两根沿对角线排布的连接钢管固定。
所述钢管1的下端与底板14之间增设防倾倒部件，所述防倾倒部件包括固定环和固定钢筋，其中所述固定钢筋的底部与底板固接，固定钢筋的顶部与套设在钢管下部的固定环相连，用于加固底板与钢管之间连接的同时防止钢管倾倒。
所述承载部件包括承压板7和滚珠8，所述承压板7铺设于剪切盒盖板顶面上，用于将竖向施力部的压力均匀的传递到剪切盒盖板顶面上；滚珠设置于承压板与剪切盒盖板顶面之间的凹槽内，用于在进行水平剪切时减小剪切盒盖板与上承压板之间的摩擦。
所述位移计包括竖向位移计5和上剪切盒位移计6，其中竖向位移计5设置在竖向施力部的施力端或承压板上，用于检测竖向施力部的施力端纵向位移；上剪切盒位移计设置在剪切盒盖板上，用于检测剪切盒盒体的横向位移。
盒体10的底部设有用于插入土体内并对其进行切割的环刀。
盒体10的的侧壁嵌装透水石17，用于供容腔内土样中的水份排出。
所述竖向施力部为竖向千斤顶，所述横向施力部为水平液压千斤顶。
在剪切盒侧边缘有两个槽口，并且在槽口放置了透水石。
实施例2本实施例中：所述的钢管总共采用4根，可拆卸。4根钢管和底板通过上下螺帽稳固住，融为一体。并且在每根钢管的下端部与底板之间通过防倾倒部件固定，其中所述防倾倒部件包括固定环和4根固定钢筋，其中所述固定钢筋的底部与底板固接，固定钢筋的顶部与套设在钢管下部的固定环相连，用于加固底板与钢管之间连接的同时防止钢管倾倒。
所述顶板3与4根钢管之间上下侧分别通过第一螺帽2稳固。
所述顶板3的下端面用两根连接钢管20通过对角线固定。
所述顶板3与竖向施力部4之间通过刚性螺栓连接，可拆卸。
所述竖向施力部与剪切盒上方的承压板之间也通过刚性螺栓连接。并且在承压板上有一位移计，测量竖向位移。
所述剪切盒上方的承压板与剪切盒之间设有凹槽19，并通过滚珠连接。
在剪切盒上的剪切盒盖板放置在了剪切盒的内侧。
在剪切盒侧边缘有两个槽口，并且在槽口放置了透水石。
所述在剪切盒与底板接触部分的背对水平液压千斤顶的一侧，与土体接触的底板采取一部分可折叠式的，并且在底板上焊接了插销18，可折叠。
底板14上焊接一竖直方向设置的安装钢板12，安装钢板外侧焊接L型钢13，安装钢板的内侧固装水平液压千斤顶，且水平液压千斤顶的伸缩端顶住盒体外壁。
在与水平千斤顶接触的钢板的背侧焊接有L型钢，L型钢焊接在底板14上。
实施例3根据本发明所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将盒体底部的环刀插入土体中，当环刀全部插入土体时，然后将环刀外部的土体挖去，即剪切盒外部的土体，然后将整个试验仪器装置安装好；
2)对竖向施力部进行设置力的数值，关闭底板，进行固结，读取竖向位移计的数据；
3)固结结束后开始进行剪切，将L型钢和横向施力部固定好，打开底板，对横向施力部施加力进行剪切，然后读取横向施力值和对应的水平位移计的读数；
4)开展不少3个不同竖向力的试验；
5)以竖向力为横坐标、横向施力值为纵坐标，建立坐标系。将每个试验的竖向力值和最大的横向施力值标记在该坐标系上，根据所得的试验结果,采用最小二乘法绘制一条直线，该直线与纵坐标的交点为土石混合体的粘聚力值，直线的倾斜角为土石混合体的内摩擦角。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于，包括：
架体，其底部架装在土体表面；
水平承载机构，设置于支撑架的底部，包括剪切盒和承载部件，其中剪切盒包括盒体以及设置于盒体顶部的剪切盒盖板，其中盒体的盒腔为上下通腔结构，且剪切盒盖板盖合在盒体的顶部敞口；承载部件铺装于剪切盒盖板表面，用于向剪切盒传递纵向压力；
施力单元，包括竖向施力部和横向施力部，其中竖向施力部悬装于支撑架的顶部，且竖向施力部的施力端与承载部件相连，用于向水平承载机构的剪切盒提供纵向的压力；横向施力部装于支撑架的侧面，并且保持横向施力部的施力端与剪切盒的盒体接触，用于向剪切盒提供水平的剪切力；
以及多个检测单元，设置于水平承载机构的剪切盒和/或承载部件上，用于检测水平承载机构的横向位移和/或纵向位移。
2.如权利要求1所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：所述支撑架包括底板、顶板以及钢管，所述钢管的上与顶板拆卸式连接，钢管的下端与底板拆卸式连接，并且保持顶板与底板水平；顶板的下端面通过两根沿对角线排布的连接钢管固定。
3.如权利要求2所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：所述钢管的下端与底板之间增设防倾倒部件，所述防倾倒部件包括固定环和固定钢筋，其中所述固定钢筋的底部与底板固接，固定钢筋的顶部与套设在钢管下部的固定环相连，用于加固底板与钢管之间连接的同时防止钢管倾倒。
4.如权利要求1所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：所述承载部件包括承压板和滚珠，所述承压板铺设于剪切盒盖板顶面上，用于将竖向施力部的压力均匀的传递到剪切盒盖板顶面上；滚珠设置于承压板与剪切盒盖板顶面之间的凹槽内，用于在进行水平剪切时减小剪切盒盖板与上承压板之间的摩擦。
5.如权利要求1所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：所述位移计包括竖向位移计和上剪切盒位移计，其中竖向位移计设置在竖向施力部的施力端或承压板上，用于检测竖向施力部的施力端纵向位移；上剪切盒位移计设置在剪切盒盖板上，用于检测剪切盒盒体的横向位移。
6.如权利要求1所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：盒体的底部设有用于插入土体内并对其进行切割的环刀。
7.如权利要求6所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：盒体的的侧壁嵌装透水石，用于供容腔内土样中的水份排出。
8.如权利要求1所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：所述竖向施力部为竖向千斤顶，所述横向施力部为水平液压千斤顶。
9.如权利要求2所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置，其特征在于：在剪切盒侧边缘有两个槽口，并且在槽口放置了透水石。
10.根据权利要求1所述的一种土石混合体现场可拆卸直剪试验装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将盒体底部的环刀插入土体中，当环刀全部插入土体时，然后将环刀外部的土体挖去，即剪切盒外部的土体，然后将整个试验仪器装置安装好；
2)对竖向施力部进行设置力的数值，关闭底板，进行固结，读取竖向位移计的数据；
3)固结结束后开始进行剪切，将L型钢和横向施力部固定好，打开底板，对横向施力部施加力进行剪切，然后读取横向施力值和对应的水平位移计的读数；
4)开展不少3个不同竖向力的试验；
5)以竖向力为横坐标、横向施力值为纵坐标，建立坐标系。将每个试验的竖向力值和最大的横向施力值标记在该坐标系上，根据所得的试验结果,采用最小二乘法绘制一条直线，该直线与纵坐标的交点为土石混合体的粘聚力值，直线的倾斜角为土石混合体的内摩擦角。
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