CN114544387A - 一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，包括试验台，所述试验台中部设置有通孔，所述通孔处下方具有第二平台，所述第二平台上设置有称重器，所述通孔处上方设置有剪切盒组件，所述剪切盒组件底面面积大于通孔面积，所述称重器上升穿过通孔对剪切盒组件以及含有土样的剪切盒组件进行称重，所述试验台上设置有竖向施压机构、切向力驱动机构、固定支撑机构和干湿循环组件且所述竖向施压机构、切向力驱动机构、固定支撑机构和干湿循环装置作用于剪切盒组件，通过该试验装置能够对土样进行直剪试验，也可以对土样进行不同角度的斜向剪切试验，能够检测不同方向的剪切，土样的抗剪强度，对土样的强度具有更全面的数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有斜向剪切的干湿循环试验装置。
背景技术
土的强度指标是确定土的承载能力的一个重要指标，因此，准确测定土的抗剪强度指标，对于建筑工程的设计和施工有着很大的意义。土抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度，包括内摩擦力和内摩擦角(粘性土还包括其粘聚力C)；土的抗剪强度的测定方法包括三轴剪切试验、直剪试验、无侧限压缩试验；目前大部分使用直剪试验测试土的抗剪强度，只具有单一的检测方向，很少有对不同角度的斜向剪切进行试验，对土的抗剪强度的数据不够全面。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有斜向剪切的干湿循环试验装置，解决上述问题。
能够为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种具有斜向剪切的干湿循环试验装置，包括试验台，所述试验台中部设置有通孔，所述通孔处下方具有第二平台，所述第二平台上设置有称重器，所述通孔处上方设置有剪切盒组件，所述剪切盒组件底面面积大于通孔面积，所述称重器上升穿过通孔对剪切盒组件以及含有土样的剪切盒组件进行称重，所述试验台上设置有竖向施压机构、切向力驱动机构、固定支撑机构和干湿循环组件且所述竖向施压机构、切向力驱动机构、固定支撑机构和干湿循环装置作用于剪切盒组件；
所述剪切盒组件与试验台通过滑轨和滑块滑移连接，所述剪切盒组件包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒和下剪切盒相适配，所述上剪切盒包括基底块和多个斜向块，所述基底块和斜向块之间、斜向块与斜向块之间相互拼接，斜向块拼接形成不同斜向角度的上剪切盒形状，用于对土样进行斜向剪切，所述上剪切盒上端设置有干湿循环组件，可对剪切盒内的土样进行干湿循环处理。
进一步的，所述上剪切盒为中部空心通孔的矩形柱体，所述下剪切盒为半封闭空心矩形柱体，所述上剪切盒上端对应通孔处覆盖有顶盖，所述下剪切盒底端设置有滤水网，所述滤水网下方设置有排水腔，所述排水腔连接有排水管道连接到储水箱内。
进一步的，所述竖向施压机构包括支架，所述支架上设置有液压缸，所述液压缸连接的推杆端朝向上剪切盒方向，对土样进行施压。
进一步的，所述干湿循环组件设置在支架上，所述干湿循环组件包括干燥组件和加湿组件，所述加湿组件包括储水箱，所述储水箱设置在试验台上，所述储水箱配置有抽水泵，抽水泵设置在支架上，抽水泵出水端连接有喷水管道，所述喷水管道端头连接在加湿卡盘上，所述卡盘与剪切盒组件的内腔卡接。
进一步的，所述干燥组件包括设置在支架上的电机，电机驱动风扇，风扇配置有排风管道，所述排风管道出风端设置在排风卡盘上，所述排风管道的出风端均匀分布在排风卡盘上。
进一步的，所述切向力驱动机构配置有为位移计，所述切向力驱动机构设置在滑轨上，用于推动下剪切盒与上剪切盒分离，所述切向力驱动机构包括推动杆，所述推动杆一端连接电机输出端，另一端固设有凹形块，所述凹形块与下剪切盒外围卡接，所述下剪切盒远离切向力机构的另一端侧壁连接有压力表。
进一步的，所述固定支撑组件包括对称设置有升降杆，所述升级杆上端设置有与升降杆垂直的横杆，所述横杆与升降杆螺纹连接，所述横杆靠近上剪切盒的一端设置有半套环，对称半套环与上剪切盒外围相适配。
一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验方法，
1)先采取土样，所述土样的横截面呈圆形，所述土样的直径与下剪切盒的直径相同，土样压实压紧；
2)将土样放置在下剪切盒内，根据斜向剪切的角度，选择斜向块拼接在下剪切盒和上剪切盒，上剪切盒和下剪切盒相互接触面均为斜截面，通过称重器进行称重，并记录；
3)将上剪切盒与下剪切盒相互对齐，通过固定支撑组件将上剪切盒进行固定，启动干湿循环组件中的加湿组件，对土样进行加湿，使土样的含水率呈饱和状态；调整好竖向施压机构，对土样进行施加一定的竖向压力；
4)启动切向力驱动机构，对下剪切盒进行水平位移，使上剪切盒和下剪切合盒之间的土样沿着上剪切盒和下剪切盒的斜截面分离，对位移计和压力表产生的数据进行记录。
5)将下剪切盒和下剪切盒相互对齐，将干湿循环组件中的干燥组件启动，对土样进行干燥处理，然后通过对施压机构进行对土样的压实，对土样施加一定的竖向压力，然后重复步骤四，进行多次循环试验，通过对斜向块的安装，检测多种斜向角度的抗剪强度。
本发明的有益效果：
1.通过该试验装置能够对土样进行直剪试验，也可以对土样进行不同角度的斜向剪切试验，能够检测不同方向的剪切，土样的抗剪强度，对土样的强度具有更全面的数据支撑。
2.本试验装置能够在一个设备中完成干湿循环作用，能够将土样的干燥和浸湿过程均简化为在剪切盒内进行，避免将土样移出剪切盒再进行干燥和饱和的操作，避免拆样对土体造成的干扰，有效控制了由于人工操作而带来的误差，加快试验进程。
附图说明
图1为试验装置的立体结构示意图；
图2为图1的正视图；
图3为图1的侧视图；
图4为试验装置的俯视图；
图5为试验装置局部放大立体示意图；
图6为剪切盒组件的爆炸图。
附图标记：1、试验台；11、通孔；12、滑轨；2、第二平台；3、称重器；4、剪切盒组件；41、上剪切盒；411、基底块；412、斜向块；42、下剪切盒；5、竖向施压机构；51、支架；52、液压缸；53、推杆；6、切向力驱动机构；61、推动杆；62、凹形块；7、固定支撑机构；71、升降杆；72、横杆；73、半套环；8、干湿循环组件；81、干燥组件；811、风扇；812、排风管道；813、排风卡盘；82、加湿组件；821、储水箱；822、抽水泵；823、喷水管道；824、加湿卡盘；9、滤水网；10、排水腔；13、位移计；14、压力表。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参照图1至图6所示，本实施例的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，包括试验台1，所述试验台1中部设置有通孔11，所述通孔11处下方具有第二平台2，所述第二平台2上设置有称重器3，所述通孔11处上方设置有剪切盒组件4，所述剪切盒组件4底面面积大于通孔11面积，所述称重器3上升穿过通孔11对剪切盒组件4以及含有土样的剪切盒组件4进行称重，所述试验台1上设置有竖向施压机构5、切向力驱动机构6、固定支撑机构7和干湿循环组件8且所述竖向施压机构5、切向力驱动机构6、固定支撑机构7和干湿循环装置作用于剪切盒组件4；
所述剪切盒组件4与试验台1通过滑轨12和滑块滑移连接，所述剪切盒组件4包括上剪切盒41和下剪切盒42，所述上剪切盒41和下剪切盒42相适配，所述上剪切盒41包括基底块411和多个斜向块412，所述基底块411和斜向块412之间、斜向块412与斜向块412之间相互拼接，斜向块412拼接形成不同斜向角度的上剪切盒41形状，用于对土样进行斜向剪切，所述上剪切盒41上端设置有干湿循环组件8，可对剪切盒内的土样进行干湿循环处理。
上述改进具体为：如图1至图6所示：包括试验台1，所述试验台1上设有通孔11，通孔11处对应的正下方设置有第二平台2，所述第二平台2上设置有称重器3，在对土样抗剪试验过程中在进行切向力驱动实现剪切盒分离的过程无需要应用到称重器3，剩下的情况会应用到称重器3的使用，用于对干湿循环后的土样进行重量检测，看土样的含水量是否达到饱和或是土样干燥时将水份排完通过重量检测进行体现，通过环刀在土样箱中取出标准土样，将土样放置在剪切盒组件4内，剪切盒组件4包括上剪切盒41和下剪切盒42，固定支撑机构7用于固定上剪切盒41的位置，防止在水平驱动下剪切盒42时上剪切盒41产生位移，在土样压紧压实形成与下剪切盒42和上剪切盒41内部腔体相同的形状，土样放入上剪切盒41和下剪切盒42里，对土样施加垂直压力，在通过切向力的机构启动以一定的速率推动下剪切盒42沿着剪切盒截面分离，将上剪切盒41和下剪切盒42分离所产生的位移距离和压力表14产生的压力值进行记录，上剪切盒41和下剪切盒42均是有基底块411和多块斜向块412组成，所述基底块411的夹角可以为45度，斜向块412的夹角均为15度，在对不同斜向角度的方向进行剪切时，可叠加斜向块412形成不同角度的剪切盒，在一个设备上实现直剪试验和斜向剪切试验，对土的抗剪强度进行多方位的检测，可获得更全面的土样强度。
在上述实施例的基础上，所述上剪切盒41为中部空心通孔11的矩形柱体，所述下剪切盒42为半封闭空心矩形柱体，所述上剪切盒41上端对应通孔11处覆盖有顶盖，所述下剪切盒42底端设置有滤水网9，所述滤水网9下方设置有排水腔10，所述排水腔10连接有排水管道连接到储水箱821内。
上述改进具体为：如图6所示：剪切盒设置为内圆外矩结构，为贴合取出的土样形状为圆饼状，上剪切盒41上端对应通孔11处覆盖有顶盖，顶盖能够取出，下剪切盒42底端设置有滤水网9，滤水网9下方设置有排水腔10，所述排气水腔连接有排水管连接到储水箱821内，为了对剪切盒内的土样进行干湿处理。
在上述实施例的基础上，所述竖向施压机构5包括支架51，所述支架51上设置有液压缸52，所述液压缸52连接的推杆53端朝向上剪切盒41方向，对土样进行施压。
上述改进具体为：如图3所示：为了获得土样的抗剪强度需要对土样进行施加不同的垂直压力进行剪切试验，所以需要在剪切盒组件4上端设置有竖向施压机构5，通过控制液压缸52驱动推杆53向土样施加不同的垂直压力，对土样进行剪切。
在上述实施例的基础上，所述干湿循环组件8设置在支架51上，所述干湿循环组件8包括干燥组件81和加湿组件82，所述加湿组件82包括储水箱821，所述储水箱821设置在试验台1上，所述储水箱821配置有抽水泵822，抽水泵822设置在支架51上，抽水泵822出水端连接有喷水管道823，所述喷水管道823端头连接在加湿卡盘824上，所述卡盘与剪切盒组件4的内腔卡接。
在上述是实施例的基础上，所述干燥组件81包括设置在支架51上的电机，电机驱动风扇811，风扇811配置有排风管道812，所述排风管道812出风端设置在排风卡盘813上，所述排风管道812的出风端均匀分布在排风卡盘813上。
上述改进具体为：如图5所示：干湿循环属于一种常见的自然工况，土体经受周期性降雨及风干的作用，由于在干湿循环作用下水与土样发生了复杂的物理化学反应，导致土样力学特性发生变化，设置有干燥组件81和加湿组件82，来试验在干湿循环作用下的不同斜向角度的剪切对土样抗剪强度产生的变化，干燥组件81和加湿组件82设置在一块，可对在剪切盒内的土样进行干湿处理，通过抽水泵822从储水箱821中抽水，通过设置在加湿卡盘824上的喷水管道823进行加湿，当土样的含水量饱和时，多余的水可通过下剪切盒42的滤水网9排倒储水箱821中，实现水再利用的过程，然后对土样进行施压，进行剪切试验，再试验记录完数据之后，对土样进行干燥处理，启动风扇811，将风从排风管道812进入到剪切盒内，将风对土进行干燥，风可从排水腔10排出，实现单向流通，加快干燥时间，干燥完进行称重，称重数据与未加湿之前的数据比对，对土样进行施压，进行剪切试验，再试验记录完数据，按照上面的顺序进行重复试验，获得土样在不同因素作用下产生的抗剪强度的数据。
在上述实施例的基础上，所述切向力驱动机构6配置有为位移计13，所述切向力驱动机构6设置在滑轨12上，用于推动下剪切盒42与上剪切盒41分离，所述切向力驱动机构6包括推动杆61，所述推动杆61一端连接电机输出端，另一端固设有凹形块62，所述凹形块62与下剪切盒42外围卡接，所述下剪切盒42远离切向力机构的另一端侧壁连接有压力表14。
上述改进具体为：如图4所示：切向力驱动机构6配置有位移计13，用于测量剪切分离所移动的距离，切向力驱动机构6包括推动杆61，推动杆61一端连接电机储输出端，另一端固设有凹形块62，凹形块62能够卡在下剪切盒42外围，能够加强组成下剪切盒42的基底块411和斜向块412之间的连接，避免在推动下剪切盒42产生偏移，在下剪切盒42和上剪切盒41分离之后产生的侧向压力值和位移数进行记录。
在上述实施例的基础上，所述固定支撑组件包括对称设置有升降杆71，所述升级杆上端设置有与升降杆71垂直的横杆72，所述横杆72与升降杆71螺纹连接，所述横杆72靠近上剪切盒41的一端设置有半套环73，对称半套环73与上剪切盒41外围相适配。
上述改进具体为：如图2所示：固定支撑组件用于固定上剪切盒41的，防止上剪切盒41会随着切向力驱动机构6推动下剪切盒42移动而移动，影响试验数据的准确性，固定支撑组件包括升降杆71，升降杆71上端设置有与升降杆71垂直的横杆72，横杆72靠近上剪切盒41一端设置有半套环73，可对上剪切盒41进行整体固定，关于松紧可通过横杆72与升降杆71的调整。
一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置的试验方法，
1)先采取土样，所述土样的横截面呈圆形，所述土样的直径与下剪切盒42的直径相同，土样压实压紧；
2)将土样放置在下剪切盒42内，根据斜向剪切的角度，选择斜向块412拼接在下剪切盒42和上剪切盒41，上剪切盒41和下剪切盒42相互接触面均为斜截面，通过称重器3进行称重，并记录；
3)将上剪切盒41与下剪切盒42相互对齐，通过固定支撑组件将上剪切盒41进行固定，启动干湿循环组件8中的加湿组件82，对土样进行加湿，使土样的含水率呈饱和状态；调整好竖向施压机构5，对土样进行施加一定的竖向压力；
4)启动切向力驱动机构6，对下剪切盒42进行水平位移，使上剪切盒41和下剪切合盒之间的土样沿着上剪切盒41和下剪切盒42的斜截面分离，对位移计13和压力表14产生的数据进行记录。
5)将下剪切盒42和下剪切盒42相互对齐，将干湿循环组件8中的干燥组件81启动，对土样进行干燥处理，然后通过对施压机构进行对土样的压实，对土样施加一定的竖向压力，然后重复步骤四，进行多次循环试验，通过对斜向块412的安装，检测多种斜向角度的抗剪强度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，包括试验台(1)，其特征在于：所述试验台(1)中部设置有通孔(11)，所述通孔(11)处下方具有第二平台(2)，所述第二平台(2)上设置有称重器(3)，所述通孔(11)处上方设置有剪切盒组件(4)，所述剪切盒组件(4)底面面积大于通孔(11)面积，所述称重器(3)上升穿过通孔(11)对剪切盒组件(4)以及含有土样的剪切盒组件(4)进行称重，所述试验台(1)上设置有竖向施压机构(5)、切向力驱动机构(6)、固定支撑机构(7)和干湿循环组件(8)且所述竖向施压机构(5)、切向力驱动机构(6)、固定支撑机构(7)和干湿循环装置作用于剪切盒组件(4)；
所述剪切盒组件(4)与试验台(1)通过滑轨(12)和滑块滑移连接，所述剪切盒组件(4)包括上剪切盒(41)和下剪切盒(42)，所述上剪切盒(41)和下剪切盒(42)相适配，所述上剪切盒(41)包括基底块(411)和多个斜向块(412)，所述基底块(411)和斜向块(412)之间、斜向块(412)与斜向块(412)之间相互拼接，斜向块(412)拼接形成不同斜向角度的上剪切盒(41)形状，用于对土样进行斜向剪切，所述上剪切盒(41)上端设置有干湿循环组件(8)，可对剪切盒内的土样进行干湿循环处理。
2.根据权利要求1所述的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，其特征在于：所述上剪切盒(41)为中部空心通孔(11)的矩形柱体，所述下剪切盒(42)为半封闭空心矩形柱体，所述上剪切盒(41)上端对应通孔(11)处覆盖有顶盖，所述下剪切盒(42)底端设置有滤水网(9)，所述滤水网(9)下方设置有排水腔(10)，所述排水腔(10)连接有排水管道连接到储水箱(821)内。
3.根据权利要求1所述的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，其特征在于：所述竖向施压机构(5)包括支架(51)，所述支架(51)上设置有液压缸(52)，所述液压缸(52)连接的推杆(53)端朝向上剪切盒(41)方向，对土样进行施压。
4.根据权利要求1所述的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，其特征在于：所述干湿循环组件(8)设置在支架(51)上，所述干湿循环组件(8)包括干燥组件(81)和加湿组件(82)，所述加湿组件(82)包括储水箱(821)，所述储水箱(821)设置在试验台(1)上，所述储水箱(821)配置有抽水泵(822)，抽水泵(822)设置在支架(51)上，抽水泵(822)出水端连接有喷水管道(823)，所述喷水管道(823)端头连接在加湿卡盘(824)上，所述加湿卡盘(824)与剪切盒组件(4)的内腔卡接。
5.根据权利3所述的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，其特征在于：所述干燥组件(81)包括设置在支架(51)上的电机，电机驱动风扇(811)，风扇(811)配置有排风管道(812)，所述排风管道(812)出风端设置在排风卡盘(813)上，所述排风管道(812)的出风端均匀分布在排风卡盘(813)上。
6.根据权利要求1所述的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，其特征在于：所述切向力驱动机构(6)配置有为位移计(13)，所述切向力驱动机构(6)设置在滑轨(12)上，用于推动下剪切盒(42)与上剪切盒(41)分离，所述切向力驱动机构(6)包括推动杆(61)，所述推动杆(61)一端连接电机输出端，另一端固设有凹形块(62)，所述凹形块(62)与下剪切盒(42)外围卡接，所述下剪切盒(42)远离切向力机构的另一端侧壁连接有压力表(14)。
7.根据权利要求1所述的一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置，其特征在于：所述固定支撑组件包括对称设置有升降杆(71)，所述升级杆上端设置有与升降杆(71)垂直的横杆(72)，所述横杆(72)与升降杆(71)螺纹连接，所述横杆(72)靠近上剪切盒(41)的一端设置有半套环(73)，对称半套环(73)与上剪切盒(41)外围相适配。
8.一种具有斜向剪切试验功能的干湿循环试验装置的试验方法，其特征在于：
1)先采取土样，所述土样的横截面呈圆形，所述土样的直径与下剪切盒(42)的直径相同，土样压实压紧；
2)将土样放置在下剪切盒(42)内，根据斜向剪切的角度，选择斜向块(412)拼接在下剪切盒(42)和上剪切盒(41)，上剪切盒(41)和下剪切盒(42)相互接触面均为斜截面，通过称重器(3)进行称重，并记录；
3)将上剪切盒(41)与下剪切盒(42)相互对齐，通过固定支撑组件将上剪切盒(41)进行固定，启动干湿循环组件(8)中的加湿组件(82)，对土样进行加湿，使土样的含水率呈饱和状态；调整好竖向施压机构(5)，对土样进行施加一定的竖向压力；
4)启动切向力驱动机构(6)，对下剪切盒(42)进行水平位移，使上剪切盒(41)和下剪切合盒之间的土样沿着上剪切盒(41)和下剪切盒(42)的斜截面分离，对位移计(13)和压力表(14)产生的数据进行记录。
5)将下剪切盒(42)和下剪切盒(42)相互对齐，将干湿循环组件(8)中的干燥组件(81)启动，对土样进行干燥处理，然后通过对施压机构进行对土样的压实，对土样施加一定的竖向压力，然后重复步骤四，进行多次循环试验，通过对斜向块(412)的安装，检测多种斜向角度的抗剪强度。
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