CN116879058A - 一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程地质材料试验技术领域，尤其涉及一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置及方法。试验装置，包括：自反力框架、上剪切盒、下剪切盒以及横向千斤顶；所述自反力框架包括第一承力板、第二承力板和受拉螺杆，所述第一承力板和第二承力板位于两侧，中间形成试验空间，所述受拉螺杆两端分别连接所述第一承力板和第二承力板；所述上剪切盒位于下剪切盒的上侧，且两个剪切盒均位于所述试验空间内，所述横向千斤顶一端连接所述第一承力板，另一端连接所述上剪切盒，所述下剪切盒远离所述横向千斤顶的一侧与所述第二承力板连接，通过本发明可实现自反力无需借助洞壁等外部条件。

Description

一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置及方法

技术领域

本发明涉及工程地质材料试验技术领域，尤其涉及一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在进行水利工程、道路工程等大型工程建设时，掌握材料的强度变形等力学特性是必不可少的，需将材料在取样场地取样后运回试验室进行室内试验，从而确定材料的强度变形特性，为后续工程建设提供参数依据。在进行土石坝、高速公路路基等岩土工程建设时，常常以含有大粒径或超大粒径的土石混合体作为填筑材料。受到颗粒级配、强度、块石含量和形状等的影响，土石混合体受力后的变形破坏机理非常复杂，所以，弄清这种材料的强度变形特性是工程安全建设和运行的基本保障。然而，由于块石粒径过于粗大，且形状各异，很难在试验室进行原级配的原型料试验，需按照一定方法对原型料进行缩尺，用缩尺后的模型料进行试验，以满足试验室仪器对最大粒径的要求，与原始材料相比，经缩尺后级配改变的模型料的强度变形特性肯定发生了变化，这就是所谓的“尺寸效应”。经缩尺后，材料的级配、块石的含量等细观特征发生改变，强度变形特性随之改变。到目前为止，缩尺后的模型料与原级配料之间的差异还没有一个很好的量化方法，且按照不同的缩尺方法缩尺后得到的模型料的强度变形特性也不相同，这种由尺寸效应带来的问题，在建成的工程中已有不少的体现，如变形预测不准，长期变形预测结果与实测结果差异较大问题。

为了准确掌握工程用原级配粗粒土的强度变形特性和尺寸效应的宏观机理，利用不经缩尺的原始材料进行试验是得出真实的强度变形参数最为直接的方法。需在取料场地用原型料进行原级配力学试验，由于直剪试验应力路径清晰明确且操作简单，是现场最为常用的试验方法。但是，原级配粗粒土中个别块石颗粒的粒径过大，有的能达到1m甚至更大，能满足如此大粒径的直剪盒装置尚为少见，需要攻克一些试验装置规模扩大后的实际问题，有的单位开发的大型直剪试验设备，需将材料运到隧洞里，借助洞壁提供试验所需反力，试验投入成本巨大，且工作条件太过复杂容易受限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，可实现自反力无需借助洞壁等外部条件开展原级配粗粒土大型剪切试验。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，包括：自反力框架、上剪切盒、下剪切盒以及横向千斤顶；所述自反力框架包括第一承力板、第二承力板和受拉螺杆，所述第一承力板和第二承力板位于两侧，中间形成试验空间，所述受拉螺杆两端分别连接所述第一承力板和第二承力板；所述上剪切盒位于下剪切盒的上侧，且两个剪切盒均位于所述试验空间内，所述横向千斤顶一端连接所述第一承力板，另一端连接所述上剪切盒，所述下剪切盒远离所述横向千斤顶的一侧与所述第二承力板连接。

可选的，所述第二承力板和所述第一承力板的结构相同，所述第一承力板包括侧板和腹板，所述腹板宽度小于所述侧板宽度，所述腹板设置在所述侧板中间使所述侧板两侧具有翼缘板，所述受拉螺杆两端连接在两个承力板的翼缘板上。

可选的，所述侧板的翼缘板上设置有多个凹槽，多个所述凹槽沿着所述侧板的竖向阵列布置，所述凹槽为倒L型，包括横槽和竖槽，所述横槽一端与所述侧板的端部相通，另一端与所述竖槽相通，所述受拉螺杆的端部通过所述横槽滑落到所述竖槽底部，在受拉螺杆的端部设置两个螺母，两个螺母分别位于所述侧板的两侧。

可选的，所述横向千斤顶包括固定端和移动端，所述固定端安装在所述第一承力板上，所述移动端安装一施力板，所述施力板远离所述横向千斤顶的一端与所述上剪切盒连接，所述下剪切盒和第二承力板之间通过传力钢块连接。

可选的，所述上剪切盒上端设置有滚排，所述滚排包括上支撑板、下支撑板和滚轴，所述下支撑板与所述上剪切盒接触，所述滚轴设置在所述上支撑板和下支撑板之间，所述上支撑板上端设置有竖向千斤顶。

可选的，所述上剪切盒和下剪切盒之间具有设定间隙，在所述上剪切盒和下剪切盒之间设置有滚珠，所述滚珠与所述上剪切盒和下剪切盒的端面接触。

可选的，所述下剪切盒上设置有限位单元，所述限位单元包括限位件，所述限位件的下端固定在所述下剪切盒的侧壁上，所述限位件的上端位于所述上剪切盒的侧壁外侧。

可选的，所述限位单元还包括辊轴，所述限位件与所述上剪切盒之间具有设定间隙，限位件上端朝向上剪切盒的一侧设置有滚槽，所述辊轴设置在所述滚槽内。

可选的，所述限位单元设置四组，所述下剪切盒两侧的侧壁各设置两组；所述上剪切盒侧壁上设置有四组定位单元，上剪切盒两侧的侧壁各设置两组，且两组定位单元分别设置在两组限位单元内侧；所述定位单元包括固定件和移动件，所述固定件固定在上剪切盒的侧壁上，所述移动件安装在所述固定件内，且在移动件相对固定件移动时，所述移动件的端部能够抵在所述限位件上。

本发明实施例还提供了一种利用如上所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置的实验方法，包括：将下剪切盒和上剪切盒竖向对齐定位，安装反力框架，并使上剪切盒和下剪切盒位于反力框架的试验空间内，分层击实装样后，分级施加竖向荷载和横向剪切荷载，进行试验。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明自反力框架体系由左右两侧承力板和多根受拉螺杆组成，自反力框架在整个结构的外部，上剪切盒、下剪切盒位于中间位置。横向千斤顶作用于第一承力板和上剪切盒，下剪切盒通过第二承力板进行固定。剪切过程中，下剪切盒保持固定，上剪切盒向左移动，这使得横向剪切力成为一种自反力，在体系内达到平衡，无需借助外界辅助承力设施，结构简单，降低了外界条件的限制。

本发明在上剪切盒和下剪切盒之间设置有滚珠，结合固定于剪切盒上的限位单元和定位单元，即使在进行原级配粗粒土剪切试验中剪切力很大的情况下，也能够保证上剪切盒在预定的剪切方向上运动，防止因上剪切盒偏转而影响试验成果精度。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的试验装置立面示意图；

图2是本发明实施例的试验装置俯视示意图；

图3是本发明实施例的上剪切盒、下剪切盒剪切受力分析图；

图4是本发明实施例的上剪切盒、下剪切盒剪切错动示意以及内部原级配粗粒土剖视图；

图5是本发明实施例的承力板结构示意图；

图6是本发明实施例的上剪切盒、下剪切盒与滚珠配合剪切示意图；

图7是本发明实施例的限位单元结构示意图；

图中：1、自反力框架；11、受拉螺杆；12、第一承力板；121、侧板；122、腹板；123、凹槽；13、第二承力板；2、上剪切盒；3、下剪切盒；41、横向千斤顶；42、施力板；43、竖向千斤顶；5、定位单元；51、固定件；52、移动件；6、滚珠；7、滚排；8、限位单元；81、限位件；82、辊轴；9、传力钢块；

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在高土石坝等大型工程建设中，往往用含有大粒径块石的土石混合体作为筑坝材料，而这种特殊材料的力学性质不同于一般细粒土，为了保障工程的安全施工与运行，需要充分掌握这种材料的强度、变形等力学特性。当前通用的方法是，在料场取料后运回试验室，进行室内试验，而受制于试验室内设备对材料最大粒径的要求，无法用原级配料进行试验，需按一定方案对原级配料进行缩尺，以满足设备对颗粒最大粒径的要求(一般而言，颗粒最大粒径dmax要小于试件直径的1/5)，用缩尺后的模型料进行试验，从而得出土石混合体的强度变形参数，用于后续的稳定变形计算分析。

然而，缩尺后的模型料与原级配粗粒土在密度、级配等方面发生了很大的变化，其强度变形特性肯定随之变化，用模型料进行试验，整理得出的力学参数与原级配料之间的差异无法可靠确定，并且采用不同的缩尺方案得到的模型料进行试验，得出的力学参数也不相同。在未弄清模型料与原级配料间的变形破坏的差异时，用模型料试验得到的参数对工程进行计算分析，结果是不准确的。当前，已有建成的工程证实了计算结果的不准确性。如某工程预估沉降量在1m左右，而现已达2m多，且还有继续增长的趋势，这已不属于正常的误差范畴，而是一种系统性的偏差。

所以，充分了解直接用于工程建设的原级配粗粒土的强度变形特性，是保证工程施工和运行安全的基本要求，也是突破更大工程建设规模的关键技术之一。直接将原级配粗粒土不经缩尺直接用于试验，得到的力学参数是准确且具说服力的。直接剪切试验(直剪试验)应力路径明确，操作简单，易于实现，是在现场进行原级配粗粒土试验最合理的试验手段之一。

但在直接剪切试验尺寸和吨位变大以后，有一系列实际的困难和问题需要克服和解决：

1、自反力的施加问题，试验规模扩大后，如何施加大荷载的反力是一个难以解决的问题，现有的解决方法(例如背景技术中提到的借助洞壁提供试验所需反力)不够灵活，且条件受限；

2、反力施加后，试验设备中主要承力装置的强度问题，千斤顶接触的受力板和反力钢块是整个体系中最大的受力部位，需要特殊设计以增加其强度，足以抵抗试验过程中施加的巨大剪切力；

3、装料以及试验过程中的定位导向问题。原级配粗粒土粒径较大，如果不采取措施对上剪切盒、下剪切盒的位置加以约束，在装料过程中，土料压实激振力很大，上剪切盒、下剪切盒位置很容易发生错动；在剪切试验过程中，由于剪切盒内的大粒径石块会发生较大的翻滚以调整位置，与其它颗粒产生咬合摩擦、滑动摩擦等作用，也会导致剪切盒位置改变，需要在试验过程中对剪切盒位置进行约束，运动方向进行导向，保证上剪切盒在预定的剪切方向上运动，且不能产生过大的额外摩擦，防止因上剪切盒偏转而影响试验成果精度。

为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于现场原级配粗粒土自反力剪切试验装置，可实现自反力，并且克服了困扰科研试验工作者无法将室内直剪试验设备在工程现场大比例复制的诸多问题，从而可以比较准确的得到材料的工程力学性质，也为探索缩尺料和原级配料间差异的尺寸效应问题提供一种可靠的研究手段。

如图1、图2所示，本发明一实施例中提出了一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，包括：自反力框架1、上剪切盒2、下剪切盒3以及横向千斤顶41；所述自反力框架1包括第一承力板12、第二承力板13和受拉螺杆11，所述第一承力板12和第二承力板13位于两侧，中间形成试验空间，所述受拉螺杆11两端分别连接所述第一承力板12和第二承力板13；所述上剪切盒2位于下剪切盒3的上侧，且两个剪切盒均位于所述试验空间内；所述横向千斤顶41一端连接所述第一承力板12，另一端连接所述上剪切盒2，所述下剪切盒3远离所述横向千斤顶41的一侧与所述第二承力板13连接。

所述横向千斤顶41包括固定端和移动端，所述固定端安装在所述第一承力板12上，所述移动端安装一施力板42，所述施力板42远离所述横向千斤顶41的一端与所述上剪切盒2连接，所述下剪切盒3和第二承力板13之间通过传力钢块9连接，上剪切盒2、下剪切盒3剪切受力分析图如图3所示。其中，第一承力板12、第二承力板13、施力板42和传力钢块9是整个结构中主要的承力构件，需要根据试验施加的荷载计算构件所需的强度和刚度，进行加劲肋板设计，从而能够承受整个试验过程中的剪切荷载。

自反力框架1主要由左右两侧的第一承力板12、第二承力板13和多根受拉螺杆11组成，为了示意清楚，图1所示的立面图没有将受拉螺杆11整根画出，图2所示的俯视图可以看出整个自反力框架1体系。结合立面图和俯视图，提供剪切力的横向千斤顶41，作用于上剪切盒2和第一承力板12；焊接于下剪切盒3的传力钢块9作用于第二承力板13；左右两侧承力板由多根两头刻有螺纹的受拉螺杆11连接，受拉螺杆11两端用螺母固定。这使得横向剪切力成为一种自反力，在体系内达到自平衡，无需借助外界辅助承力设施。

自反力框架1在整个结构的外部，上剪切盒2、下剪切盒3位于中间位置。剪切过程中，下剪切盒3保持固定，上剪切盒2向左移动，上剪切盒2、下剪切盒3剪切错动示意以及内部原级配粗粒土料剖视图如图4所示，图中多边形表示粒径大的块石颗粒，圆形表示粒径小的土体颗粒。

所述第二承力板13和所述第一承力板12的结构相同，如图5所示，所述第一承力板12包括侧板121和腹板122，所述腹板122宽度小于所述侧板121宽度，所述腹板122设置在所述侧板121中间使所述侧板121两侧具有翼缘板，所述受拉螺杆11两端连接在两个承力板的翼缘板上。所述侧板121的翼缘板上设置有多个凹槽123，多个所述凹槽123沿着所述侧板121的竖向阵列布置，所述凹槽123为倒L型，包括横槽和竖槽，所述横槽一端与所述侧板121的端部相通，另一端与所述竖槽相通，所述受拉螺杆11的端部通过所述横槽滑落到所述竖槽底部，在受拉螺杆11的端部设置两个螺母，两个螺母分别位于所述侧板121的两侧。

如图5所示，两侧翼缘板开倒“L”型槽口，以使得受拉螺杆11方便放入和取出，受拉力时螺杆在凹槽123内，不会发生滑落，避免发生危险事故。翼缘板厚度和开口的距离要根据试验荷载的大小和钢板强度由材料力学知识确定，中间腹板122加厚(阴影部分)，用以承担更大的荷载。

如图1、图2所示，所述上剪切盒2上端设置有滚排7，所述滚排7包括上支撑板、下支撑板和滚轴，所述下支撑板与所述上剪切盒2接触，所述滚轴设置在所述上支撑板和下支撑板之间，所述上支撑板上端设置有竖向千斤顶43。上剪切盒2试样盖板之上放置滚排7以使上剪切盒2在法向力和横向剪切力同时作用下可以移动。

在工程现场开展原级配粗粒土的大型直剪试验时，上剪切盒2、下剪切盒3是接触的。由于试验设备规模大，自重大，所以需寻求尽可能减少上剪切盒2、下剪切盒3之间摩擦阻力的方法，否则会过高估计材料的强度。

基于此，所述上剪切盒2和下剪切盒3之间具有设定间隙，如图6所示，在所述上剪切盒2和下剪切盒3之间设置有滚珠6，所述滚珠6与所述上剪切盒2底面和下剪切盒3顶面接触。本领域技术人员可以理解的，在上剪切盒2的底面和下剪切盒3的顶面均设置有与滚珠6接触的凹槽，用来放置滚珠6，滚珠6被限制在凹槽内只能沿上剪切盒2运动方向运动。通过在两个剪切盒之间安置一定数量的滚珠6，使剪切盒之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大减小了因设备自重产生的摩擦阻力并且用来帮助保证剪切的方向，提高了试验的准确性，滚珠6的大小控制剪切开缝的尺寸。

由于在安装上剪切盒2、下剪切盒3和原级配粗粒土装料的过程中，土料压实激振力很大，上剪切盒2、下剪切盒3容易发生错动，需要施加约束，以保证两个剪切盒平面上位置始终保持一致。

因此，所述下剪切盒3上设置有限位单元8，所述限位单元8包括限位件81，所述限位件81的下端固定在所述下剪切盒3的侧壁上，所述限位件81的上端位于所述上剪切盒2的侧壁外侧。如图1、图2所示，在下剪切盒3，剪切开缝处(上剪切盒2、下剪切盒3交界处)靠近四个角的位置，各焊接一个定位导向钢锭(即限位件81)，从而使上剪切盒2在装料过程中不发生水平面上垂直剪切方向过大的偏离，起到定位作用。

在施加横向剪切力的剪切过程中，由于土石混合体中大粒径块石的存在，在剪切作用下，剪切带处的块石会发生翻滚，调整位置，消耗能量，最终导致剪切破坏。由于大粒径块石的翻滚作用，可能会导致上剪切盒2发生偏转，为保证上剪切盒2沿着横向剪切力的方向运动，定位导向钢锭此时约束了上剪切盒2的运动方向，从而使上剪切盒2在受力剪切方向不发生过大的偏离，起到导向作用。

进一步的，为了减小上剪切盒2与定位导向钢锭接触时产生的摩擦阻力，所述限位单元8还包括辊轴82，所述限位件81与所述上剪切盒2之间具有设定间隙，限位件81上端朝向上剪切盒2的一侧设置有滚槽，所述辊轴82设置在所述滚槽内。如图7所示，在每个定位导向钢锭内部开两个半圆形槽，放入两根滚动钢棍，使滑动摩擦改为滚动摩擦，从而大大降低了导向过程中的阻力，提高试验的准确性。

所述限位单元8设置四组，所述下剪切盒3两侧的侧壁各设置两组；如图1、图2所示，所述上剪切盒2侧壁上设置有四组定位单元5，上剪切盒2两侧的侧壁各设置两组，且两组定位单元5分别设置在两组限位单元8内侧；所述定位单元5包括固定件51和移动件52，所述固定件51固定在上剪切盒2的侧壁上，所述移动件52安装在所述固定件51内，且在移动件52相对固定件51移动时，所述移动件52的端部能够抵在所述限位件81上。所述固定件51采用螺母，焊接在上剪切盒2上限位单元8内侧，所述移动件52采用螺杆并与螺母螺纹连接。

装料时，粗粒土料在剪盒中倾倒以及振捣压实，很容易使对齐的上剪切盒2、下剪切盒3发生错动。因此，在装料前，将四个螺杆(即移动件52)全部旋至与焊接在下剪切盒3上的定位导向钢锭(即限位件81)接触并且锁死，这样使得上剪切盒2、下剪切盒3在定位导向钢锭和螺杆螺母组合(即定位单元5)的共同配合下，形成一个整体，能够抵御装样时对剪切盒产生的冲击，而不致使对齐的上剪切盒2、下剪切盒3发生错动。另外，装样结束后，将左侧的两个螺杆旋转至与定位导向钢锭有一定的距离，该距离由规范规定的试验结束时最大剪切位移确定，试验结束后，两个螺杆重新与定位导向钢锭接触，起到控制试验结束条件的作用。

以上大型自反力剪切试验装置尺寸的确定原则是：首先根据试验土料最大粒径、材料特性和相应规程规范要求确定剪切盒尺寸和受力范围，进而根据剪切盒尺寸和受力范围确定自反力机构受力情况和行程范围，最后再结合试验机构规模和场地条件等，综合确定自反力机构等的尺寸规模。

本发明的大型自反力剪切试验装置具有如下技术效果：

1、在工程现场用原级配粗粒土直接开展力学试验，是掌握粗粒土材料强度变形等力学特性的准确方法，并且为研究缩尺后模型料与原级配料之间的尺寸效应问题提供了一种可靠的试验手段。

2、开发了无需借助外界辅助承力设施的大型剪切自反力框架1体系，试验装置受力合理，主要剪切受力部件加肋设计。

3、提出了滚动导向定位装置(限位单元8和定位单元5)，解决了装料过程中上剪切盒2、下剪切盒3的偏离问题，剪切过程中上剪切盒2运动方向问题，和试验结束时的位移控制问题，解决了困扰科研试验工作者无法将室内直剪试验设备在工程现场大比例复制的滚动导向定位等问题。

为了掌握直接用于工程的原级配粗粒土的强度变形特性，也为探索缩尺料和原级配料之间的尺寸效应问题，采用上述试验装置进行现场原级配粗粒土的大型直剪试验过程包括：

(1)将下剪切盒3准确放置在试验地点；

(2)安装滚珠6；

(3)安装上剪切盒2，保证与下剪切盒3对齐；

(4)将螺杆螺母组合(即定位单元5)与定位导向钢锭(即限位单元8的限位件81)锁死，使上剪切盒2、下剪切盒3固定成为一个整体；

(4)安装外围自反力框架1；

(5)分层装样，且每层皆需振捣压实；

(6)安装滚排7；

(7)调节螺杆螺母组合中左侧两个螺杆与定位导向钢锭之间的距离，用以控制试验结束时的最大剪切位移；

(8)分级施加竖向荷载和横向剪切荷载，进行试验；

(9)达到规范规定的试验结束条件(即螺杆螺母组合中左侧两个螺杆与定位导向钢锭接触)，试验结束。

本发明解决了大规模反力的施加、承力部件强度不足、装料以及试验过程中的定位导向等问题，使得在取料现场进行原级配粗粒土的大型直剪试验成为可能，且操作简单，应力路径明确，不受环境条件限制。从而可以准确掌握直接用于工程的原级配粗粒土的强度变形特性，也为探索缩尺料和原级配料之间的尺寸效应问题提供了一种有说服力的研究方法。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，包括：自反力框架、上剪切盒、下剪切盒以及横向千斤顶；

所述自反力框架包括第一承力板、第二承力板和受拉螺杆，所述第一承力板和第二承力板位于两侧，中间形成试验空间，所述受拉螺杆两端分别连接所述第一承力板和第二承力板；

所述上剪切盒位于下剪切盒的上侧，且两个剪切盒均位于所述试验空间内，所述横向千斤顶一端连接所述第一承力板，另一端连接所述上剪切盒，所述下剪切盒远离所述横向千斤顶的一侧与所述第二承力板连接。

2.如权利要求1所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述第二承力板和所述第一承力板的结构相同，所述第一承力板包括侧板和腹板，所述腹板宽度小于所述侧板宽度，所述腹板设置在所述侧板中间使所述侧板两侧具有翼缘板，所述受拉螺杆两端连接在两个承力板的翼缘板上。

3.如权利要求2所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述侧板的翼缘板上设置有多个凹槽，多个所述凹槽沿着所述侧板的竖向阵列布置，所述凹槽为倒L型，包括横槽和竖槽，所述横槽一端与所述侧板的端部相通，另一端与所述竖槽相通，所述受拉螺杆的端部通过所述横槽滑落到所述竖槽底部，在受拉螺杆的端部设置两个螺母，两个螺母分别位于所述侧板的两侧。

4.如权利要求1所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述横向千斤顶包括固定端和移动端，所述固定端安装在所述第一承力板上，所述移动端安装一施力板，所述施力板远离所述横向千斤顶的一端与所述上剪切盒连接，所述下剪切盒和第二承力板之间通过传力钢块连接。

5.如权利要求1所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述上剪切盒上端设置有滚排，所述滚排包括上支撑板、下支撑板和滚轴，所述下支撑板与所述上剪切盒接触，所述滚轴设置在所述上支撑板和下支撑板之间，所述上支撑板上端设置有竖向千斤顶。

6.如权利要求1所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述上剪切盒和下剪切盒之间具有设定间隙，在所述上剪切盒和下剪切盒之间设置有滚珠，所述滚珠与所述上剪切盒和下剪切盒的端面接触。

7.如权利要求1所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述下剪切盒上设置有限位单元，所述限位单元包括限位件，所述限位件的下端固定在所述下剪切盒的侧壁上，所述限位件的上端位于所述上剪切盒的侧壁外侧。

8.如权利要求7所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述限位单元还包括辊轴，所述限位件与所述上剪切盒之间具有设定间隙，限位件上端朝向上剪切盒的一侧设置有滚槽，所述辊轴设置在所述滚槽内。

9.如权利要求7所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置，其特征在于，所述限位单元设置四组，所述下剪切盒两侧的侧壁各设置两组；所述上剪切盒侧壁上设置有四组定位单元，上剪切盒两侧的侧壁各设置两组，且两组定位单元分别设置在两组限位单元内侧；所述定位单元包括固定件和移动件，所述固定件固定在上剪切盒的侧壁上，所述移动件安装在所述固定件内，且在移动件相对固定件移动时，所述移动件的端部能够抵在所述限位件上。

10.一种利用如权利要求1-9任一项所述的应用于原级配粗粒土的自反力剪切试验装置的实验方法，其特征在于，包括：

将下剪切盒和上剪切盒竖向对齐定位，安装反力框架，并使上剪切盒和下剪切盒位于反力框架的试验空间内，分层击实装样后，分级施加竖向荷载和横向剪切荷载，进行试验。