CN115387315A - 一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，主要包括横梁、配重块、锚筋、配重板、滚轮、第一千斤顶、压力传感器、以及滑动模块。试验时，先将试样两侧的土体上铺设一层硬质层，然后在硬质层上架设配重和横梁；架设时将锁紧块和锁止块上锁，避免配重及横梁再次移动，影响剪切试验；接着在试样上套设剪切盒，并在剪切盒上放置第三钢板及第一千斤顶；接着在第一千斤顶与横梁之间安装滑动模块，最后通过调节第一千斤顶向上顶推横梁的力来达到对试样产生不同载荷的要求。另外，在本轮实验完毕后，可通过释放滚轮，推动配重及横梁到达下一试样上，即可对下一个试样进行实验，操作简单、方便、灵活、快捷。

Description

一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置

技术领域

本发明涉及现场试验技术领域，尤其涉及一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置。

背景技术

在我国珠三角地区，边坡填方工程中存在大量的花岗岩残积土，其原状土质地较坚硬，且有较多的碎石块，大小不均匀，多呈全风化，强风化状。由于其物质组成较复杂，碎石块夹土等较多，室内试验研究这类材料受限于试样的尺寸，难以得到接近真实赋存环境下的材料特性。因此提出了现场原位直剪试验的方法，由于其试样尺寸大，对土体的扰动小，更接近工程受荷变形，能更好的反映岩土体材料强度特性的实际情况，现场原位直剪试验适用于工程前期对于土体的力学指标的检测。

由于原位直剪试验装置相对复杂，且对于复杂的场地条件下原位直剪试验往往需要投入大量的时间，效率较低。试验同时也存在一定的危险，从安全性和经济的角度对大型现场原位直剪试验装置的改进的研究鲜有报导。

目前现场原位直剪试验多采用直接剪切的方式，还存在以下问题：1、加载过程中，试验装置不能灵活的调整，试验装置装配较为复杂，测量多个试样所需要的时间较多，效率较低。2、当发生剪胀现象时，存在由于加载配重装置两端受力不均或支撑端不平衡，发生垂直反力平台失稳甚至造成安全事故的现象。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，主要包括横梁、配重块、锚筋、配重板、滚轮、第一千斤顶、用于测量竖向载荷的压力传感器、以及用于减少横梁与第一千斤顶相互移动的阻力的滑动模块。

具体的，所述第一千斤顶安放在试样顶部，其驱动端与滑动模块的底部连接。所述横梁的中部设置在滑动模块上。所述配重块分别位于横梁的两端。所述配重板设置在配重块的底部，所述配重块放置在配重板上。所述滚轮安装在配重板底部，其滚动方向垂直于横梁的长度方向。所述锚筋竖直设置，其上端与横梁连接，下端与配重板连接，将配重板及配重块配重到横梁上。所述压力传感器设置在千斤顶上，位于千斤顶与试样之间。

具体的，所述横梁主要包括顶板、底板、隔板、第一加强板、以及第二加强板。所述顶板与底板水平且相互平行设置。所述隔板竖直设置在顶板与底板之间。所述隔板间隔、均匀分布在顶板与底板之间。所述第一加强板和第二加强板均设置在相邻隔板之间。所述第一加强板与第二加强板倾斜设置，连接成X形结构。所述第一加强板和第二加强板分别与顶板和隔板连接处、底板和隔板连接处连接。

作为本发明的优选方案，在实际试验中，因场地的实施条件的不同需要对横梁的顶推高度进行调节，本发明所述竖向载荷装置还包括紧固螺母。所述锚筋的上下两端均设有螺纹。所述紧固螺母分别设置在锚筋与顶板顶部、锚筋与配重板底部的连接处。调节时，只需调节锚筋上下两端的紧固螺母即可调节横梁的最大高度。

作为本发明的优选方案，本方案中的滑动模块可以有两种实施方式，第一种是所述滑动模块包括第一钢板、轴承座、转动轴、以及轴承。所述转动轴的两端通过轴承座安装在第一钢板上。所述轴承并排设置在转动轴上，其滚动方向与横梁的长度方向一致。所述钢板底部与第一千斤顶的驱动端固定连接。

作为本发明的优选方案，本方案的滑动模块的第二种实施方式是所述滑动模块包括第二钢板和牛眼轮。所述牛眼轮均匀安装在第二钢板上。所述第二钢板底部与第一千斤顶的驱动端固定连接。

优选的，为了将竖向载荷均匀分布在试样上，本发明所述竖向载荷装置还包括第三钢板。所述第三钢板设置在第一千斤顶与试样之间。

优选的，为了方便调节横梁高度，同时使横梁与配重的一体性更好，本发明所述竖向载荷装置还包括第二千斤顶。所述第二千斤顶设置在配重上，其顶部与横梁抵接。所述第二千斤顶的数量至少为两个，且并排设置。

进一步的，为了使第二千斤顶对横梁施加的顶推力更均匀地传递到横梁上，本发明所述竖向载荷装置还包括第四钢板。所述第四钢板设置在第二千斤顶与横梁之间。

作为本发明的优选方案，在试验时，为了避免配重及横梁摇晃或移动，本发明所述竖向载荷装置还包括用于锁紧滚轮的锁紧块、第一弹簧、第二弹簧、以及锁止块。所述锁紧块成对设置在滚轮的前后位置，其顶端通过第一弹簧与配重板的底部连接，实现锁紧块可以绕连接处转动。所述锁止块设置在锁紧块的背面，锁止块的一端通过第二弹簧与锁紧块连接，锁止块的另一端可以绕连接处转动并顶在配重板底部上实现锁紧块的锁止。使用时，若要锁紧滚轮，可将锁紧块向下转动并与滚轮接触，与此同时向上翻动锁止块，使锁止块顶住配重板的底部，从而形成相对稳定的支撑结构，使锁紧块牢牢压住滚轮，而前后两个锁紧块同时作用于滚轮时，对滚轮形成环抱姿态，使滚轮进一步被锁紧。若要释放滚轮时，可推动锁止块往回翻转，此时锁止块和锁紧块分别在第二弹簧和第一弹簧的作用下同时复位，滚轮解锁，此时可推动整个竖向载荷装置向前滚动，直到到达下一个试样上。

作为本发明的优选方案，为了便于试验，本发明所述竖向载荷装置还包括便于滑轮向前滚动的硬质层。所述硬质层平铺在试样两侧的地面上。一方面硬质层可以提供平整的平面供滚轮在上面滑行，方便竖向载荷的整体移动，提高其灵活性，另一方面硬质层能够为两侧的配重提供稳定支撑，避免两侧失衡。

本发明的工作过程和原理是：试验时，先将试样两侧的土体上铺设一层硬质层，然后在硬质层上架设配重和横梁；架设时将锁紧块和锁止块上锁，避免配重及横梁再次移动，影响剪切试验；接着在试样上套设剪切盒，并在剪切盒上放置第三钢板及第一千斤顶；接着在第一千斤顶与横梁之间安装滑动模块，最后通过调节第一千斤顶向上顶推横梁的力来达到对试样产生不同载荷的要求。另外，在本轮实验完毕后，可通过释放滚轮，推动配重及横梁到达下一试样上，即可对下一个试样进行实验，操作简单、方便、灵活、快捷。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置在满足大型现场原位直剪试验要求的同时，从结构设计上，使其可以灵活高效的进行多组的试样测试，通过本实验装置可以解决一些以往大型现场原位直剪试验所难以解决的问题。

(2)本发明所提供的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置可调节灵活性强，相对于传统的直剪设备，具有更安全，更高效的优点，能有效的解决传统试验中遇到的失稳、效率低等问题。

附图说明

图1是本发明所提供的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置的结构示意图。

图2是本发明所提供的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置的使用状态示意图。

图3是本发明所提供的配重结构的侧视图。

图4是本发明所提供的滚轮处的局部放大示意图。

上述附图中的标号说明：

1-横梁，2-配重块，3-锚筋，4-配重板，5-滚轮，6-第一千斤顶，7-顶板，8-底板，9-隔板，10-第一加强板，11-第二加强板，12-紧固螺母，13-第一钢板，14-轴承，15-第三钢板，16-第二千斤顶，17-第四钢板，18-锁紧块，19-锁止块，20-硬质层，21-剪切盒，22-试样。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例公开了一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，主要包括横梁1、配重块2、锚筋3、配重板4、滚轮5、第一千斤顶6、用于测量竖向载荷的压力传感器、以及用于减少横梁1与第一千斤顶6相互移动的阻力的滑动模块。

具体的，所述第一千斤顶6安放在试样22顶部，其驱动端与滑动模块的底部连接。所述横梁1的中部设置在滑动模块上。所述配重块2分别位于横梁1的两端。所述配重板4设置在配重块2的底部，所述配重块2放置在配重板4上。所述滚轮5安装在配重板4底部，其滚动方向垂直于横梁1的长度方向。所述锚筋3竖直设置，其上端与横梁1连接，下端与配重板4连接，将配重板4及配重块2配重到横梁1上。所述压力传感器设置在千斤顶上，位于千斤顶与试样22之间。

具体的，所述横梁1主要包括顶板7、底板8、隔板9、第一加强板10、以及第二加强板11。所述顶板7与底板8水平且相互平行设置。所述隔板9竖直设置在顶板7与底板8之间。所述隔板9间隔、均匀分布在顶板7与底板8之间。所述第一加强板10和第二加强板11均设置在相邻隔板9之间。所述第一加强板10与第二加强板11倾斜设置，连接成X形结构。所述第一加强板10和第二加强板11分别与顶板7和隔板9连接处、底板8和隔板9连接处连接。

作为本发明的优选方案，在实际试验中，因场地的实施条件的不同需要对横梁1的顶推高度进行调节，本发明所述竖向载荷装置还包括紧固螺母12。所述锚筋3的上下两端均设有螺纹。所述紧固螺母12分别设置在锚筋3与顶板7顶部、锚筋3与配重板4底部的连接处。调节时，只需调节锚筋3上下两端的紧固螺母12即可调节横梁1的最大高度。

作为本发明的优选方案，本方案中的滑动模块可以有两种实施方式，第一种是所述滑动模块包括第一钢板13、轴承座、转动轴、以及轴承14。所述转动轴的两端通过轴承座安装在第一钢板13上。所述轴承14并排设置在转动轴上，其滚动方向与横梁1的长度方向一致。所述钢板底部与第一千斤顶6的驱动端固定连接。

作为本发明的优选方案，本方案的滑动模块的第二种实施方式是所述滑动模块包括第二钢板和牛眼轮。所述牛眼轮均匀安装在第二钢板上。所述第二钢板底部与第一千斤顶6的驱动端固定连接。

优选的，为了将竖向载荷均匀分布在试样22上，本发明所述竖向载荷装置还包括第三钢板15。所述第三钢板15设置在第一千斤顶6与试样22之间。

优选的，为了方便调节横梁1高度，同时使横梁1与配重的一体性更好，本发明所述竖向载荷装置还包括第二千斤顶16。所述第二千斤顶16设置在配重上，其顶部与横梁1抵接。所述第二千斤顶16的数量至少为两个，且并排设置。

进一步的，为了使第二千斤顶16对横梁1施加的顶推力更均匀地传递到横梁1上，本发明所述竖向载荷装置还包括第四钢板17。所述第四钢板17设置在第二千斤顶16与横梁1之间。

作为本发明的优选方案，在试验时，为了避免配重及横梁1摇晃或移动，本发明所述竖向载荷装置还包括用于锁紧滚轮5的锁紧块18、第一弹簧、第二弹簧、以及锁止块19。所述锁紧块18成对设置在滚轮5的前后位置，其顶端通过第一弹簧与配重板4的底部连接，实现锁紧块18可以绕连接处转动。所述锁止块19设置在锁紧块18的背面，锁止块19的一端通过第二弹簧与锁紧块18连接，锁止块19的另一端可以绕连接处转动并顶在配重板4底部上实现锁紧块18的锁止。使用时，若要锁紧滚轮5，可将锁紧块18向下转动并与滚轮5接触，与此同时向上翻动锁止块19，使锁止块19顶住配重板4的底部，从而形成相对稳定的支撑结构，使锁紧块18牢牢压住滚轮5，而前后两个锁紧块18同时作用于滚轮5时，对滚轮5形成环抱姿态，使滚轮5进一步被锁紧。若要释放滚轮5时，可推动锁止块19往回翻转，此时锁止块19和锁紧块18分别在第二弹簧和第一弹簧的作用下同时复位，滚轮5解锁，此时可推动整个竖向载荷装置向前滚动，直到到达下一个试样22上。

作为本发明的优选方案，为了便于试验，本发明所述竖向载荷装置还包括便于滑轮向前滚动的硬质层20。所述硬质层20平铺在试样22两侧的地面上。一方面硬质层20可以提供平整的平面供滚轮5在上面滑行，方便竖向载荷的整体移动，提高其灵活性，另一方面硬质层20能够为两侧的配重提供稳定支撑，避免两侧失衡。

本发明的工作过程和原理是：试验时，先将试样22两侧的土体上铺设一层硬质层20，然后在硬质层20上架设配重和横梁1；架设时将锁紧块18和锁止块19上锁，避免配重及横梁1再次移动，影响剪切试验；接着在试样22上套设剪切盒21，并在剪切盒21上放置第三钢板15及第一千斤顶6；接着在第一千斤顶6与横梁1之间安装滑动模块，最后通过调节第一千斤顶6向上顶推横梁1的力来达到对试样22产生不同载荷的要求。另外，在本轮实验完毕后，可通过释放滚轮5，推动配重及横梁1到达下一试样22上，即可对下一个试样22进行实验，操作简单、方便、灵活、快捷。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，包括横梁、配重块、锚筋、配重板、滚轮、第一千斤顶、用于测量竖向载荷的压力传感器、以及用于减少横梁与第一千斤顶相互移动的阻力的滑动模块；

所述第一千斤顶安放在试样顶部，其驱动端与滑动模块的底部连接；所述横梁的中部设置在滑动模块上；所述配重块分别位于横梁的两端；所述配重板设置在配重块的底部，所述配重块放置在配重板上；所述滚轮安装在配重板底部，其滚动方向垂直于横梁的长度方向；所述锚筋竖直设置，其上端与横梁连接，下端与配重板连接，将配重板及配重块配重到横梁上。所述压力传感器设置在千斤顶上，位于千斤顶与试样之间。

2.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述横梁包括顶板、底板、隔板、第一加强板、以及第二加强板；所述顶板与底板水平且相互平行设置；所述隔板竖直设置在顶板与底板之间；所述隔板间隔、均匀分布在顶板与底板之间；所述第一加强板和第二加强板均设置在相邻隔板之间；所述第一加强板与第二加强板倾斜设置，连接成X形结构；所述第一加强板和第二加强板分别与顶板和隔板连接处、底板和隔板连接处连接。

3.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述竖向载荷装置还包括紧固螺母；所述锚筋的上下两端均设有螺纹；所述紧固螺母分别设置在锚筋与顶板顶部、锚筋与配重板底部的连接处。

4.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述滑动模块包括第一钢板、轴承座、转动轴、以及轴承；所述转动轴的两端通过轴承座安装在第一钢板上；所述轴承并排设置在转动轴上，其滚动方向与横梁的长度方向一致；所述钢板底部与第一千斤顶的驱动端固定连接。

5.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述滑动模块包括第二钢板和牛眼轮；所述牛眼轮均匀安装在第二钢板上；所述第二钢板底部与第一千斤顶的驱动端固定连接。

6.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述竖向载荷装置还包括第三钢板；所述第三钢板设置在第一千斤顶与试样之间。

7.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述竖向载荷装置还包括第二千斤顶；所述第二千斤顶设置在配重上，其顶部与横梁抵接；所述第二千斤顶的数量至少为两个，且并排设置。

8.根据权利要求7所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述竖向载荷装置还包括第四钢板；所述第四钢板设置在第二千斤顶与横梁之间。

9.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述竖向载荷装置还包括用于锁紧滚轮的锁紧块、第一弹簧、第二弹簧、以及锁止块；所述锁紧块成对设置在滚轮的前后位置，其顶端通过第一弹簧与配重板的底部连接，实现锁紧块可以绕连接处转动；所述锁止块设置在锁紧块的背面，锁止块的一端通过第二弹簧与锁紧块连接，锁止块的另一端可以绕连接处转动并顶在配重板底部上实现锁紧块的锁止。

10.根据权利要求1所述的用于现场原位大型直剪试验的竖向载荷装置，其特征在于，所述竖向载荷装置还包括便于滑轮向前滚动的硬质层；所述硬质层平铺在试样两侧的地面上。

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