CN207366330U - 一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，包括转轴和布置在所述转轴下方的剪切板，所述剪切板包括一个硬质薄片和若干个叶片，硬质薄片围成一个圆环，各所述叶片均为矩形形状，且大小相同，各所述叶片均通过内侧竖直边固定在转轴的中心轴向下延长线上，各所述内侧竖直边的顶端均与所述转轴的底端抵接，相邻两个叶片的夹角均大于0°。本实用新型可用于现场原位试验，避免了室内试验取土扰动的影响，直接获得土体的真实应力状态及结构状态，确保了试验的精确度，在岩土工程技术领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土工程技术领域，尤其是一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板。
背景技术
众所周知，岩土的抗剪强度是岩土工程设计的重要参数，目前对于土体强度的研究主要采用直剪仪、三轴仪、空心扭剪仪、无侧限抗压仪以及十字板剪切仪等进行试验研究。前四种试验均属室内试验，需取土样进行，取土不可避免地导致土样扰动，影响试验精度。十字板剪切试验属原位测试方法，该方法可避免取土扰动的影响，适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，其具有仪器构造简单、操作方便的优点，在工程建设中应用广泛。但对于土体而言，由于受固结程度不同或各向异性的影响，一般情况下在水平方向和竖直方向上的抗剪强度值是不相等的，而十字板剪切试验在抗剪强度值计算过程中把土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值当作相同数值，因此其计算方法并不严格，这是十字板剪切仪的不足之处。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，避免了室内试验取土扰动的影响，可准确测试出土体水平方向的剪切强度。
本实用新型针对上述技术问题的解决方案是：
一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，包括转轴和布置于转轴下方的剪切板，所述剪切板包括一个硬质薄片和若干个叶片，硬质薄片围成一个圆环，各所述叶片均为矩形形状，且大小相同。各所述叶片均通过内侧竖直边固定在转轴的中心轴向下延长线上，所述内侧竖直边的顶端与所述转轴的底端抵接，相邻两个叶片的夹角均大于0°。
进一步，所述叶片的数量为四个，相邻两个叶片的夹角为直角。
进一步，所述圆环的内侧布置有与所述叶片外侧竖直边相匹配的凹槽，所述凹槽的宽度等于所述叶片的厚度，所述圆环通过凹槽套置于所述叶片的下端。
进一步，所述叶片的高宽比小于或等于2。
进一步，各所述叶片的上部侧边均在同一平面内，各所述叶片的下部侧边均在同一平面内。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采用被卷成圆环的硬质薄片作为剪切板，改进了现有的原位测试土体抗剪强度的剪切板结构，可用于现场原位试验土体水平方向上的抗剪强度，避免了室内试验取土扰动的影响，试验过程中获得了土体的真实应力状态及结构状态，确保了试验的精确度，在岩土工程技术领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
附件标记：11、转轴；13、叶片；14、硬质薄片。
具体实施方式
参照图1，对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。
一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，包括转轴11和布置于转轴11下方的剪切板，所述剪切板包括一个硬质薄片14和若干个叶片13，所述硬质薄片14是一个长条矩形，被卷曲围成一个圆环，长条矩形的两个短边重合。所述圆环与转轴11为同心轴布置，各所述叶片13均为矩形形状，且大小相同，各所述叶片13均通过内侧竖直边固定在转轴11的中心轴向下延长线上，各所述内侧竖直边的顶端均与转轴11的底端抵接，相邻两个叶片13的夹角均大于0°。所述剪切板插入待测土体进行剪切测试时，所述转轴11呈竖直方向放置，转轴11可将地面上的转动扭矩传递至插入待测土体的剪切板。在满足强度和刚度的情况下，转轴11的下部应尽可能小，以减小剪切板插入土体时对待测土体的扰动。所述转轴11与所述叶片13的结构为一体成型。
进一步，所述叶片13的数量为四个，所述四个叶片13为大小相同的矩形薄片，相邻两个叶片13的夹角为直角，所述四个叶片13的正交布置方式可使剪切板更容易插入待测试土层，产生的剪切力更均匀。另外，在满足强度和刚度的前提下，所述叶片13应尽可能薄，叶片13上下两侧的水平侧边可为刃口型，便于剪切板插入待测土体，并可减小剪切板入土时对待测土体的扰动。在剪切试验中，被剪切的土体可视为圆柱体，圆柱体的高度与叶片13高度相等，底面半径与叶片13的宽度相等。所述叶片13的高宽比应小于或等于2，采用较小的高宽比，可使土体竖直方向剪切面的比例减小。
进一步，所述圆环的内侧布置有与所述叶片13外侧竖直边相匹配的凹槽，各所述凹槽的宽度均等于所述叶片13的厚度，所述叶片13的外侧竖直边可插入凹槽，圆环通过凹槽套置于叶片的下端。剪切板插入土体过程中，硬质薄片14可将待测土体与周围土体切开，因此在剪切试验中土体破坏时的扭矩在理论上就是圆柱土体上、下两个圆形水平面上的剪应力所产生的力矩。将所述硬质薄片14的下端设计为刃口型，可以增大剪切板的破土能力，便于在测试过程中将剪切板插入待测土体，减小土体扰动的影响。所述圆环的下端与所述叶片13的下端平齐或圆环的下端比叶片13的下端凸出。在保证强度和刚度的前提下，所述硬质薄片14应宽度尽可能窄、厚度尽可能薄。剪切试验中，待测土体抵抗扭转的受力面仅有圆柱体的上下两个面，因此通过测读待测土体破坏时的最大扭矩，即可计算出上下两个水平面上待测土体的抗剪强度。
进一步，各所述叶片13的上部侧边均在同一平面内，各所述叶片13的下部侧边均在同一平面内，所述圆环的下端表面在同一平面内。
在以下情况中，本实用新型测试水平方向的抗剪强度τh的方法分别为：
1、若不考虑土体在竖直面上存在的残余强度，采用高为H、宽为D的剪切板进行土体强度测试试验，记录土体破坏时的扭矩M，所述高和宽的尺寸均为所述叶片13的尺寸。
在理论上，土体被剪破时在圆柱土体侧面上的剪应力为0，则圆柱土体上、下两个圆形面上的剪应力所产生的扭矩之和为M，因此根据M值可求出土体在水平方向上的抗剪强度τh。
如假设圆形面上的剪应力强度沿圆形端面的半径均匀分布，在圆形剪切面上分布的剪应力均为τh，则待测土体水平方向上的剪切强度为：
如假设圆形面上的剪应力强度沿圆形端面的半径呈一次曲线分布，剪应力逐渐增大，在圆心处剪应力为0，在圆周处剪应力为最大值τh，则待测土体水平方向上的剪切强度为：
如假设圆形面上的剪应力强度沿圆形端面的半径呈开口向下的抛物线分布，剪应力逐渐增大，在圆心处剪应力为0，在圆周出剪应力为最大值τh，则待测土体水平方向上的剪切强度为：
2、若考虑土体在竖直面上存在残余强度，则可采取以下步骤求解土体水平方向的抗剪强度强度τh：
S-1、采用高为H、宽为D的剪切板进行土体强度测试试验，记录土体破坏时的扭矩M1，所述高和宽的尺寸均为所述叶片13的尺寸；
S-2、采用高为2H、宽为D的剪切板进行土体强度测试试验，记录土体破坏时的扭矩M2，所述高和宽的尺寸均为所述叶片13的尺寸；
S-3、土体被剪破时在圆柱土体上、下两个圆形面上的剪应力所产生的扭矩均为从而可计算出土体水平方向上的抗剪强度τh。
如假设圆形面上的剪应力强度沿圆形端面的半径均匀分布，在圆形面上分布的剪应力均为τh，则待测土体水平方向上的剪切强度为：
如假设圆形面上的剪应力强度沿圆形端面的半径呈一次曲线分布，剪应力逐渐增大，在圆心处剪应力为0，在圆周处剪应力为最大值τh，则待测土体水平方向上的剪切强度为：
如假设圆形面上的剪应力强度沿圆形端面的半径呈开口向下的抛物线分布，剪应力逐渐增大，在圆心处剪应力为0，在圆周出剪应力为最大值τh，则待测土体水平方向上的剪切强度为：
本实用新型与常规十字板剪切仪的测试方法形成互补，可测试出土体水平方向的抗剪强度值。本实用新型为土体各向异性测试提供新的试验装置和研究方法，实现土体各向异性强度的原位测试。该实用新型具有结构简单、操作方便、测试耗时少、经济环保等优点。
以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (5)
1.一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，包括转轴(11)，其特征在于：还包括布置在所述转轴(11)下方的剪切板，所述剪切板包括一个硬质薄片(14)和若干个叶片(13)，硬质薄片(14)围成一个圆环，各所述叶片(13)均为矩形形状，且大小相同，各所述叶片(13)均通过内侧竖直边固定在转轴(11)的中心轴向下延长线上，各所述内侧竖直边的顶端均与所述转轴(11)的底端抵接，相邻两个叶片(13)的夹角均大于0°。
2.根据权利要求1所述的一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，其特征在于：所述叶片(13)的数量为四个，相邻两个叶片(13)的夹角为直角。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，其特征在于：所述圆环的内侧布置有与所述叶片(13)外侧竖直边相匹配的凹槽，所述凹槽的宽度等于所述叶片(13)的厚度，所述圆环通过凹槽套置于所述叶片(13)的下端。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，其特征在于：所述叶片(13)的高宽比小于或等于2。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于原位测试土体水平方向抗剪强度的剪切板，其特征在于：各所述叶片(13)的上部侧边均在同一平面内，各所述叶片(13)的下部侧边均在同一平面内。
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