CN203858163U - 一种粗粒土现场大型直剪试验设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种粗粒土现场大型直剪试验设备，该现场大剪试验设备包括反力装置、竖向加载系统、水平加载系统、测试系统、剪切盒。采用机器开挖与人工开挖、修整相结合的方式，制备未受扰动的所需尺寸的楔形土墩子(土台)，通过围岩自承力来提供反力，并且采用球头平推法进行现场粗粒土天然含水状态下的应力式快剪试验。本实用新型设计合理、结构简洁、操作方便，完全能够获得未受扰动的粗粒土的真实可靠的抗剪断强度参数。本实用新型的有益效果是提供一种适用于测试未受扰动的粗粒土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土体状态，还具有整体可拆卸、携带方便使用范围广的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土力学现场试验参数测定技术领域，涉及一种粗粒土现场大型直剪试验设备。
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。由于室内试验直剪仪的尺寸太小，并且是取回原状样之后在实验室内做直剪试验，一方面尺寸过小，得到的参数不精确；另一方面，这种方式得到的原状样极易受扰动，不能完全反映现场土体的实际状态。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。
实用新型内容
本实用新型的目的在提供一种粗粒土现场大型直剪试验设备，解决了现有的大型直剪设备运用于实验室，测试结果不能完全反映现场土体的实际状态，且整体不可拆卸，质量大，运输携带不方便的问题。
本实用新型所采用的技术方案是包括剪切盒，剪切盒上方设有盖板，盖板上方设有滚轴排，滚轴排上方设有承压板，承压板上方设有竖向千斤顶，竖向千斤顶下端顶在承压板上，竖向千斤顶上端头部套有竖向千斤顶球头套，竖向千斤顶球头套安装在竖向带窝槽传压板的窝槽内，竖向带窝槽传压板固定在主梁的下端，主梁上端连接次梁，剪切盒侧面水平连接水平带窝槽传压板，水平带窝槽传压板的窝槽内安装有水平向球头套，水平向球头套套在拉压传感器一端头部，拉压传感器另一端通过变接头水平连接水平千斤顶一端，水平千斤顶另一端顶在枕木上，拉压传感器被传感器升降支座支撑，水平千斤顶被水平千斤顶升降支座支撑，传感器升降支座、水平千斤顶升降支座和枕木立于铺在地面的白铁皮之上。
本实用新型的技术特点还在于剪切盒表面设置两个水平位移大量程百分表，盖板上表面设有两个垂直位移大量程百分表，水平位移大量程百分表和垂直位移大量程百分表的量程为5cm。剪切盒由四块槽钢开口朝外首尾焊接而成，槽钢的两翼分别位于剪切盒的顶部和底部，通过调整槽钢顶部的四条翼的水平来保证剪切盒侧面的垂直，用木锤结合水平尺对四条翼进行调平。主梁为40号工字钢，次梁为16号工字钢，主梁设有1根，次梁设有5根，1根主梁垂直的用铁丝固定吊挂在5根次梁上。次梁与地面水平、两端嵌入两侧的围岩中，嵌入深度大于等于50cm。剪切盒上方的各竖向部件中心处于同一轴线上，当启动竖向千斤顶时能够使作用力位于试体中心；剪切盒侧面的拉压传感器、变接头和水平千斤顶中心位于同一平行于剪切面的轴线上。盖板放于试样顶部，当试体顶部不平整时，可用砂填平并压实。
本实用新型的有益效果是提供一种适用于测试未受扰动的粗粒土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土体状态，还具有整体可拆卸、携带方便使用范围广的特点。
附图说明
图1是本实用新型一种粗粒土现场大型直剪试验设备结构示意图；
图2是主梁、次梁布置俯视图；
图3是主梁、次梁布置横剖面图；
图4是现场大型直剪试验试样布置图。
图中，1.次梁，2.主梁，3.竖向带窝槽传压板，4.竖向千斤顶球头套，5.竖向千斤顶，6.承压板，7.滚轴排，8.盖板，9.剪切盒，10.带窝槽传压板，11.水平向球头套，12.拉压传感器，13.变接头，14.水平千斤顶，15.传感器升降支座，16.水平千斤顶升降支座，17.白铁皮，18.枕木，19.水平位移大量程百分表，20.垂直位移大量程百分表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型如图1所示包括剪切盒9，剪切盒9上方设有盖板8，盖板8上方设有滚轴排7，滚轴排7上方设有承压板6，承压板6上方设有竖向千斤顶5，竖向千斤顶5下端顶在承压板6上，竖向千斤顶5上端头部套有竖向千斤顶球头套4，竖向千斤顶球头套4安装在竖向带窝槽传压板3的窝槽内，竖向带窝槽传压板3固定在主梁2的下端，主梁2上端连接次梁1，剪切盒9侧面水平连接水平带窝槽传压板10，水平带窝槽传压板10的窝槽内安装有水平向球头套11，水平向球头套11套在拉压传感器12一端头部，拉压传感器12另一端通过变接头13水平连接水平千斤顶14一端，水平千斤顶14另一端顶在枕木18上，拉压传感器12被传感器升降支座15支撑，水平千斤顶14被水平千斤顶升降支座16支撑，传感器升降支座15、水平千斤顶升降支座16和枕木18立于铺在地面的白铁皮17之上。
本实用新型的技术特点还在于剪切盒9表面设置两个水平位移大量程百分表19，盖板8上表面设有两个垂直位移大量程百分表20，即在试样顶部和推力面对称部位，水平位移大量程百分表19和垂直位移大量程百分表20的量程为5cm。剪切盒9由四块槽钢开口朝外首尾焊接而成，槽钢的两翼分别位于剪切盒9的顶部和底部，通过调整槽钢顶部的四条翼的水平来保证剪切盒9侧面的垂直，用木锤结合水平尺对四条翼进行调平。如图2和图3所示，主梁2为40号工字钢，次梁1为16号工字钢，其中主梁2设有1根，次梁1设有5根，主梁2用铁丝固定吊挂在次梁1上，而次梁1嵌入左、右两侧的围岩中，为了保证竖向反力系统能够承受最大竖向荷载，两端入岩深度至少为50cm，主梁2须铅直，次梁1须水平。
竖向千斤顶5施加竖向荷载，支架好反力装置，按顺序装上竖向千斤顶5和滚轴排7，通过对齐各设备的边缘中心“十”字线及几何中心“十”字线，使各部件中心处于同一轴线上，必须保证作用力位于试体中心，启动竖向千斤顶5，使各部件接触。水平千斤顶14放在水平千斤顶升降支座16上，调节水平千斤顶升降支座16可控制水平千斤顶14的高度，所述的拉压传感器12置于传感器升降支座15上，调节传感器升降支座15可以控制拉压传感器12的高度以满足试验要求，拉压传感器12、变接头13和水平千斤顶14位于同一轴线上，通过调整对齐各设备零件的边线中心与几何中心“十”字线标记，确保水平千斤顶14轴线平行于剪切面。启动水平千斤顶14，使各部件紧密接触。枕木18作为水平反力底靠，用生石膏对粗粒土侧壁进行涂抹平整，保持侧壁面垂直，水平千斤顶14底部顶在枕木18上，水平地面上铺设一层白铁皮17，将传感器升降支座15、水平千斤顶升降支座16放于白铁皮17上，通过传感器升降支座15和水平千斤顶升降支座16对拉压传感器12和水平千斤顶14进行轴线调整。盖板8放于试样顶部，当试体顶部不平整时，可用砂填平并压实。
试样制备：现场试验，试样的制备是一顶关键技术，将直接影响到试验结果的可靠性与精确性。每组大型直剪试验的试样应当不少于3个，如图4所示，本试验现场每组拟准备5个样，试样尺寸为35cm长×35cm宽×20cm高，5个试样的性质应基本相同，试样沿渠道轴线排列，各试样间距为40cm。一组大型直剪的工作场地为7.0m顺渠坡向，其中开口跨度为2.0m×6.0m渠道轴线方向×3.0m深。在施工开挖过程中要提前与施工单位商量，将试验场地预留保护下来，防止爆破及周围施工对其产生较大的扰动。开挖探槽时，先用小型挖掘机预开挖1m深度的探槽，然后人工进行开挖，沿探槽开口线内侧进行挖掘，试样部位不进行开挖，必须有一定的保护厚度，预留50cm边长×50cm边长×50cm高的土墩子，然后由技术人员对试体进行较细致地修整，将试体修成20cm高的上小下大的楔形土墩子，试体顶部尺寸为32cm×32cm，底部尺寸为36cm×36cm。试体底部工作平面用平锹、平铲进行修理平整，在试体附近用水平尺打水平；试体顶面预留一定高度，利用水平尺打水平，用平铲进行修整；清除试样周围的浮土，将修整好的试样套上剪切盒9，剪切盒9与试样间的间隙用砂进行填实。
安装荷载装备：将盖板8放在制备好的试样上，确保水平，依次安装滚轴排7、承压板6、竖向千斤顶5、竖向千斤顶球头套4、竖向带窝槽传压板3，以及水平向的传感器升降支座15、水平千斤顶升降支座16、带窝槽传压板10、水平向球头套11、拉压传感器12、变接头13和水平千斤顶14。传感器升降支座15和水平千斤顶升降支座16置于白铁皮17上，白铁皮17铺在水平的地面上。
本实用新型设计合理、结构简洁、操作方便，完全能够获得未受扰动的粗粒土的真实可靠的抗剪断强度参数。现有技术中，由于室内直剪试验试样的尺寸小且取回的土样受到扰动，现场直剪试验仪存在体积庞大，拆卸不便，运输困难，反力系统复杂、水平力容易偏心等。本实用新型创造了一种新的试验装置及测试方法，即用工字钢、槽钢、千斤顶等焊接组装现场大型直剪试验设备，可以用来测试未受扰动的粗粒土的真实可靠的抗剪断强度参数，为设计与安全评价提供参考。
1、现场大剪试验场区布置：如图4所示，每组大型直剪试验的试样不少于3个，现场每组拟准备5个样，试样尺寸为35cm长×35cm宽×20cm高，5个试样的性质应基本相同，试样沿渠道轴线排列，各试样间距为40cm。一组大型直剪的工作场地为7.0m顺渠坡向，其中开口跨度为2.0m×6.0m渠道轴线方向×3.0m深。在施工开挖过程中要提前与施工单位商量，将试验场地预留保护下来，防止爆破及周围施工对其产生较大的扰动。
2、剪切方式的选取原则：结合试验条件，预采用平推法进行现场粗粒土天然含水状态下的应力式快剪试验。粗粒土在剪切过程中，会出现峰值后强度软化的现象，且峰值应变值很小，用逐级应力加载方式来捕捉峰值点。
3、现场大剪试验剪切方向选择：现场大剪试验剪切方向应该顺渠坡倾向方向，位于渠道左岸的试样剪切方向应垂直渠道轴线方向指向右岸，位于渠道右岸的试样剪切方向应垂直渠道轴线方向指向左岸，这样保证了大剪的剪切方向与可能发生渠坡滑动破坏的滑移方向比较一致，获得的粗粒土强度参数能够真实可靠地用于渠坡稳定性分析和优化设计。
4、竖向荷载的施加：根据设计荷载来确定最大的垂直压力，并以此按等量分成3～4个垂直压力进行试验。用竖向千斤顶5施加竖向荷载，支架好反力装置，按顺序装上竖向千斤顶5和滚轴排7，通过对齐各设备的边缘中心“十”字线及几何中心“十”字线，使各部件中心处于同一轴线上，必须保证作用力位于试体中心，启动垂直千斤顶，使各部件接触。垂直荷载应一次施加完成，并使其在整个试验过程中保持恒定值。施加垂直压力后，让试样在此压力下进行压缩，测读压力施加前后垂直百分表读数。当垂直变形达到相对稳定后，架设测试水平位移的百分表开始剪切，竖向荷载加载稳定的标准是变形速率小于0.01mm/h。
5、水平荷载的施加：安装水平千斤顶14和水平位移百分表19，利用传感器升降支座15和水平千斤顶升降支座16使水平千斤顶14与拉压传感器12、变接头13位于同一轴线上，通过调整对齐各设备零件的边线中心与几何中心“十”字线标记，确保千斤顶轴线平行于剪切面。启动水平千斤顶14，通过水平向球头套11、带窝槽传压板10将荷载传递到剪切盒9，使各部件紧密接触。水平千斤顶14加力的增量也应由大到小缓慢地递减，切不可忽大忽小，亦不可采取某种均匀不变的速率。剪切时施加水平力的速率应适当选择，一般每隔1min施加水平力1次，控制试验在20min内剪完。在施加每一级水平力时，均应测记剪切力和土试块的水平位移量及垂直位移量位移量，位移量应在加下一级水平力前测试。一种适用于测试未受扰动的粗粒土的真实可靠的抗剪断强度参数的现场大剪试验设备，它能在粗粒土不受扰动的情况下测试尺寸为35cm×35cm×20cm或根据要求改变尺寸的试样的强度参数，其自带的水槽可以对需要注水饱和的试样进行饱和，由于在试验前，试样未受扰动，可以得到可靠的、更接近真实的试验数据，还具有整体可拆卸、试样受剪速率恒定、试样变形均匀、使用范围广等特点。
Claims (7)
1.一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：包括剪切盒(9)，剪切盒(9)上方设有盖板(8)，盖板(8)上方设有滚轴排(7)，滚轴排(7)上方设有承压板(6)，承压板(6)上方设有竖向千斤顶(5)，竖向千斤顶(5)下端顶在承压板(6)上，竖向千斤顶(5)上端头部套有竖向千斤顶球头套(4)，竖向千斤顶球头套(4)安装在竖向带窝槽传压板(3)的窝槽内，竖向带窝槽传压板(3)固定在主梁(2)的下端，主梁(2)上端连接次梁(1)，剪切盒(9)侧面水平连接水平带窝槽传压板(10)，水平带窝槽传压板(10)的窝槽内安装有水平向球头套(11)，水平向球头套(11)套在拉压传感器(12)一端头部，拉压传感器(12)另一端通过变接头(13)水平连接水平千斤顶(14)一端，水平千斤顶(14)另一端顶在枕木(18)上，拉压传感器(12)被传感器升降支座(15)支撑，水平千斤顶(14)被水平千斤顶升降支座(16)支撑，传感器升降支座(15)、水平千斤顶升降支座(16)和枕木(18)立于铺在地面的白铁皮(17)之上。
2.按照权利要求1所述一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：所述剪切盒(9)表面设置两个水平位移大量程百分表(19)，所述盖板(8)上表面设有两个垂直位移大量程百分表(20)，水平位移大量程百分表(19)和垂直位移大量程百分表(20)的量程为5cm。
3.按照权利要求1所述一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：所述剪切盒(9)由四块槽钢开口朝外首尾焊接而成，槽钢的两翼分别位于剪切盒(9)的顶部和底部，通过调整槽钢顶部的四条翼的水平来保证剪切盒(9)侧面的垂直，用木锤结合水平尺对四条翼进行调平。
4.按照权利要求1所述一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：所述的主梁(2)为40号工字钢，所述次梁(1)为16号工字钢，主梁(2)设有1根，次梁(1)设有5根，1根主梁(2)垂直的用铁丝固定吊挂在5根次梁(1)上。
5.按照权利要求1所述一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：所述次梁(1)与地面水平、两端嵌入两侧的围岩中，嵌入深度大于等于50cm。
6.按照权利要求1所述一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：所述剪切盒(9)上方的各竖向部件中心处于同一轴线上，当启动竖向千斤顶(5)时能够使作用力位于试体中心；所述剪切盒(9)侧面的拉压传感器(12)、变接头(13)和水平千斤顶(14)中心位于同一平行于剪切面的轴线上。
7.按照权利要求1所述一种粗粒土现场大型直剪试验设备，其特征在于：所述的盖板(8)放于试样顶部，当试体顶部不平整时，可用砂填平并压实。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103884607A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-25 | 黄斌 | 一种粗粒土现场大型直剪试验设备 |
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