CN207832592U - 一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于岩土环剪测试技术领域，涉及一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；其能满足不同高度岩土试验进行无限变形的叠环式环形剪切，并且在环形剪切过程中保证试样具有一定的自由性和连续性；也能用于研究不同材料接触面变形规律、模拟复杂结构土层滑坡长距离变形以及软弱层搜索。

Description

一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒

技术领域

本实用新型属于岩土环剪测试技术领域，涉及一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒。

背景技术

土体的力学特征和受到外力时的变形状态是岩土力学领域的基础课题，也是岩土工程建设中最为关心的条件之一。为此人们开发出直剪试验、三轴试验、单剪试验、环剪试验等多种仪器设备来探究上述内容，并有着以材料力学为基础的力学模型进行分析，其最终目标是尽可能模拟实际情况下土体的应力应变特征，从而获得其强度参数。

但值得注意的是土体是有无数复杂颗粒组成，其剪切变形过程是极为复杂的。一般在剪切力作用下，土体内部的应力应变会发生重分布，应力应变会集中在局部区域，使局部区域发生变形和破坏，形成剪切带。整个过程一般包括初期的弹塑性形变、中期的错动滑移（破坏）以及长距离滑移下的进一步破碎发展。另外由于土体结构本身的复杂性，还可能发生滚动变形、排水以及受局部不均匀体影响产生的应力应变集中。由于土体的这种复杂性，对于土体剪切变形过程的数学模型描述较难开展，人们倾向于采用试验方法对其进行模拟和研究。但现有的试验方法（直剪、三轴、单剪、环剪）虽具有一定理论支撑，但也均存在一定的局限性。

目前运用最广的是直剪试验和三轴试验。直剪仪器结构简单，主要原理是通过上下剪切盒相对移动，使土体沿预设剪切面剪切变形，通过获取剪切过程中的竖向压力和水平力关系得出抗剪强度参数。但直剪仪的试验盒为刚体，采用固定剪切面，这种方法带来的主要问题是：1、试样在剪切破坏前，缺少弹性变形和塑性变形阶段，破坏后仅表现出滑动位移，破坏区域为一平面，而一般的土体剪切破坏区域呈带状分布，土体具有一定的弹塑性变形，破坏前其变形是连续的；2、由于剪切盒限制了试样的变形，致使剪切盒内应力分布不均，致使压应力与预设情况不同；3、采用固定剪切面容错率低，对试样均匀性较为敏感，其成果易受剪切面附近的坚硬块体、缺陷等不均匀物质影响；4、剪切过程由于上下试样的错动，使剪切面积发生变化，影响实验结果；5、直剪试验剪切距离较小，无法完成大位移剪切。三轴试验虽然对于剪切面的宽度和位置提供一定的自由度，但是其同样具有易受剪切面附近的坚硬块体、缺陷等不均匀物质影响以及剪切距离小的问题。另外，三轴试验对制样要求较高，容易因为样品的缺陷产生附加的拉张和鼓胀现象。

单剪试验获是通过多层叠环代替了直剪试验的剪切盒，虽然一定程度上使土体变形趋于连续，产生类似剪切带的剪切破坏区域。但受叠环约束作用，其本质仍为直剪试验，一定程度上仍存直剪试验的问题。另外，由于单剪仪试样高度较大，上下推力产生较大的力偶，使叠环反翘或下滑，使试样不同位置的应力存在明显不同，影响试验结果。

另外，上述剪切方式的剪切盒运动范围有限，而自然界中多数土体的变形在一定的空间维度内具有较大的变形量和变形范围，在一定的时间维度内又具有不同的变形状态。如滑坡的滑带，一般具有一定的厚度，长期变形错动距离也较大，滑带土在变形过程中除了表现出弹塑性形变和错动位移外，也表现出一定的滚动变形，另外剪切带在变形过程中也会出现进一步破碎和扩展，这种破碎和扩展对于土体强度的影响是巨大的，因此不少学者针对剪切峰值后的残余强度开展研究。目前用以模拟这种变形状态较好的试验手段为环剪试验。环剪试验采用剪切盒环向变形的剪切方法，较上述试验具有剪切位移无限和剪切面面积不变等优势。但由于其仍采用单一剪切面，得出成果仍为滑动位移而未考虑其他变形情况，且对试样均匀性仍较为敏感。另外，由于其剪切盒高度受限，也无法完成复杂结构土层或者不同材料接触面的应力应变状态研究。如中国专利CN106644765A公开的一种用于室内试验桩土界面的环剪仪，包括扭剪装置、竖向压力伺服装置、支架、位移计及样本剪切盒，所述扭剪装置处于环剪仪的底部，所述样本剪切盒安装在下底板上，所述下底板与扭剪装置转动连接，所述竖向压力伺服装置压在所述样本剪切盒上方，所述位移计安装在竖向压力伺服装置上并用于检测样本剪切盒位移的数据，所述样本剪切盒中设置有被检测土样及桩体样本。以及中专利CN105067453公开了一种圆环形土样的环剪仪，包括工作架、驱动装置和加压装置，它还包括旋转盘、固定套筒、加压饼、扭矩传感器和扭矩传感器固定架，旋转盘的圆盘中心固定圆柱形的转台，旋转盘与驱动装置传动连接；固定套筒在旋转盘上方，固定套筒与工作台固定，静台可转动固定在转台上，加压饼中心具有通孔、二侧设有加压连接块，连有加压装置，加压饼下端具有环状凸起；工作台上固定支撑杆，扭矩传感器固定架固定在支撑杆上，扭矩传感器固定在扭矩传感器固定架上，扭矩传感器下端设有定位梢，静台上端连有连接柱，连接柱的上端面设有定位孔，所述定位梢落入定位孔中。

根据上述问题，对于土体剪切破坏过程的试验研究其核心问题在于是否能够提供一种满足土体更接近实际剪切破坏状态的试验方法和试验仪器。该试验仪器或试验方法要求剪切试样在剪切变形过程中受到较少的限制、应力分布和剪切带状态能够更为接近实际、受杂质干扰小且能够完成一定空间维度或时间维度的剪切变形研究。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型提供一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其能满足不同高度岩土试验进行无限变形的叠环式环形剪切，并且在环形剪切过程中保证试样具有一定的自由性和连续性；也能用于研究不同材料接触面变形规律、模拟复杂结构土层滑坡长距离变形以及软弱层搜索。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为，一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；

水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；

试样室机构包括中心轴、底柱、下剪切盒、叠环组以及活动壁环组；中心轴包括固定轴、若干个中心杆以及若干个滚动轴承；固定轴的一端安装于水浴盒中心位置处的凹槽中，另一端设有中心杆安装槽；中心杆的一端设有与中心杆安装槽匹配的凸部，另一端设有与中心杆安装槽一致的安装槽；中心杆与固定轴间采用凸部与中心杆安装槽配合的方式安装，中心杆与中心杆之间采用凸部与安装槽的配合实现叠加式安装；中心杆的上端与下端分设有滚动轴承，滚动轴承的外径与固定轴的外径一致；

底柱安装于水浴盒中并套装于固定轴上；叠环组设于底柱上，并所述滚动轴承套装于中心轴上，同时，叠环组的外径与底柱的外径一致；叠环组包括若干片叠环；每个叠环的上端面设有叠环槽；

下剪切盒的下端面设有安装部，下剪切盒通过安装部与所述凸起实现与水浴盒的安装；同时下剪切盒的上端面设于环形缺口，下剪切盒套装于底柱上时，下剪切盒上的环形缺口与底柱的侧壁共同形成环形槽；

活动壁环组包括若干个相互叠加的活动壁环；活动壁环的一端面设有活动壁环凸部，另一端设有活动壁环槽，活动壁环通过活动壁环凸部与活动壁环槽的配合实现叠加式安装；活动壁环的内径与环形槽的外径一致，并且下剪切盒在环形槽的槽壁上设有用于安装活动壁环的活动壁环安装槽，在相互叠加的活动壁环中位于最下端的一活动壁环的活动壁环凸部安装于下剪切槽上设置的活动壁环安装槽中；

套环设于活动壁环组上，套环的内径与活动壁环组的内径一致，套环的外径大于活动壁环组的外径；套环的下端面设有套环凸起，套环通过套环凸起与活动壁环槽的配合实现安装在活动壁环组上；套环在外沿处设有一固定孔，下剪切盒在对应的位置处设有另一固定孔，通过剪切盒支架固定套环上的固定孔与下剪切盒上的固定孔能实现活动壁环组的限位；

试样固定机构包括刀盘，刀盘设于叠环组、活动壁环组以及环形槽形成的试样室的上方，在外部动力机构的作用下刀盘能在试样室的竖向方向上下移动。

作为本实用新型改进的技术方案，刀盘的上端面设有突钮，刀盘通过突钮安装于外部动力机构上。

作为本实用新型改进的技术方案，活动壁环上开设有两个沿径向方向的通孔。

作为本实用新型改进的技术方案，活动璧环与叠环等高，每个中心杆的高度为1个、2个或5个叠环的高度。

作为本实用新型改进的技术方案，水浴机构还包括设于刀盘下端面的透水板、设于环形槽中的透水板、设于环形槽底面的泄水孔以及设于刀盘上的进水孔；进水孔通过设于刀盘下端面的透水板、能与试样室、设于环形槽中的透水板、泄水孔以及水浴盒连通。

作为本实用新型改进的技术方案，还包括两组刀片，其中一组刀片设于刀盘的下端面、另一组刀片设于环形槽的底面，每组刀片包括以环状分布的若干个刀片，刀片的长度方向与环形槽的径向方向一致，刀片的长度与环形槽在径向方向的宽度一致。

作为本实用新型改进的技术方案，活动壁环安装槽中放有第二滚珠。

作为本实用新型改进的技术方案，活动壁环槽中置有若干个第一滚珠；活动壁环凸部采用置于活动壁环槽中的若干个第一滚珠支撑。

通过以上技术方案本实用新型具有以下有益效果：

1. 本实用新型提供了试样方法试样仅受上下刀片产生的扭转作用和叠环组产生侧向约束作用，与传统的土工剪切试验采用剪切框或剪切盒带动试样变形的模式相比，试样变形几乎不受剪切盒的多余约束，试样在剪切盒内可完成滑移剪切、弹塑性形变、滚动变形、竖向错动等多种变形方式。另外剪切盒还通过滚珠、钢钉固定等手段最大限度降低剪切盒本身对试样的多余影响，从而使试样获得最大的变形自由度，试样变形更接近天然状态，试验成果更为真实。

2、叠环剪切盒的活动壁环组、叠片组、中心轴、水浴盒均可调节高度，调节到最低状态可完成传统的环剪试验。提高叠环式剪切盒高度可完成高层土体试样的叠式环剪试验，目前对该类试样和该剪切试验方法尚未有相关文献记载，具有较高的独创性。

3、较大的试样高度使剪切盒不仅满足单一成分试样的叠环剪切试验，还可进行多层结构试样的试验，试样的接触面也不仅限于平面，也可是复杂的接触关系。通过监测复杂结构试样在不同高度的变形差异性，可进行材料接触面特征的研究，反应复杂结构试样中的软弱区域和坚硬区块并获得其应力应变特征。试验过程还可将叠环剪切盒中第一滚珠和/或第二滚珠替换为橡胶圈，达到试样局部剪切的目的。

4、叠环剪切盒转动圈数不受限制，可以完成无限位移的的环状剪切。而由于环体宽度与直径差距较大，试验过程中可忽略环体厚度影响，因此叠式环剪试验本质上可看成具有一定厚度的无限横向空间上的剪切变形试验，与目前主流的斜坡稳定性分析模型相似，特别适用于研究滑坡、复杂地层稳定性等方面的研究。

5、叠环剪切盒提供了一套土水力学试验配置，包括进水孔、泄水孔和水浴盒，可通过水浴盒完成土体在饱和排水状态下的剪切试验，也可通过进水孔和泄水孔完成不同含水率或不同入渗模式下的土体剪切试验。

6、叠环剪切盒的活动壁环为透明的有机玻璃材质，可在试样过程中观察试样的变形状态、水体入渗状态等试验的直观成果。

7、叠环剪切盒具备完善的机械结构，通过套环、中心轴、剪切盒支架等支撑结构使试样在剪切过程中能保持稳定，并使试样制备和搬运更加方便。

附图说明

图1 为本实用新型叠环剪切盒的正视剖面图；

图2 为本实用新型叠环剪切盒的俯视图；

图3 为叠环剪切盒三维剖切图；

图4 为刀盘三维剖切图；

图5 为活动壁环三维剖切图；

图6 为中心轴三维剖切图；

图7 为水浴盒三维剖切图；

图8 为试样应力应变示意图；σ表示竖向应力；τ表示剪切应力；→表示运动方向或应力方向；→∞表示无穷边界；

图中：1—刀盘；1-1—突钮；1-2—进水孔；2—剪切盒支架；2-1—螺帽；3—刀片；4—水浴盒；4-1—螺纹；5—套环；6—透水板；7—第一滚珠；8—活动壁环；8-1—通孔；9—试样室；10—叠片组；11—中心轴；11-1—中心杆；11-2—滚动轴承；11-3—固定轴；12—下剪切盒：12-1—泄水孔：13—底柱。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的技术方案做完整的说明。

本文中“竖向方向”是是中心轴的长度方向；“竖向向上”是指从水浴盒向套环的方向；“竖向向下”是指从套环方向向水浴盒方向。

本文中“上”、“下”相对设备本身而言的，离工作台近的方向为下，远离工作台的方向为上。

本实施例中，叠环剪切盒的材料组成特征为：所述活动壁环组材料为透明有机玻璃，其余材料均为高强度防锈钢材。

如图1-2所示的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；

水浴机构包括水浴盒4；试样室9机构设于水浴盒4中；水浴盒4的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒4能在外部扭转机构的带动下转动；具体的，所述水浴盒4为圆形缸体包括主缸与上层缸体，主缸下部存在两处凹槽，用以固定在外部扭转机构上；主缸上端设有外螺纹，上层缸体的下端设有内螺纹，上层缸体与主缸体通过螺纹旋紧固定，试验过程中可根据试样高度调整水浴盒4高度（如图7所示）。

如图3所示，试样室9机构包括中心轴11（如图6所示）、底柱13、下剪切盒12、叠环组以及活动璧环组；中心轴11包括固定轴11-3、若干个中心杆11-1以及若干个滚动轴承11-2；固定轴11-3的一端安装于水浴盒4中心位置处的凹槽中，另一端设有中心杆11-1安装槽；中心杆11-1的一端设有与中心杆11-1安装槽匹配的凸部，另一端设有与中心杆安装槽一致的安装槽；中心杆11-1与固定轴11-3间采用凸部与中心杆安装槽配合的方式安装，中心杆11-1与中心杆11-1之间采用凸部与安装槽的配合实现叠加式安装，进而实现对叠环组起到支撑作用；中心杆11-1的上端与下端分设有滚动轴承11-2，滚动轴承11-2的外径与固定轴11-3的外径一致；固定轴11-3安装于底柱13上，底柱13一是起到填充下剪切盒12上圆孔空间；二是起到加固固定轴11-3的目的。中心轴11以及叠环组的相对固定能保证剪切盒主体在剪切盒搬运和剪切过程中的稳定性。

底柱13安装于水浴盒4中并套装于固定轴11-3上；叠环组安装于底柱13上，并套装于中心轴11的滚动轴承11-2上，同时，叠环组的外径与底柱13的外径一致；叠环组包括若干片叠环；每个叠环的上端面设有叠环槽，用以降低叠环质量和叠环间的摩擦阻力；

下剪切盒12的下端面设有安装部，下剪切盒12通过安装部与水浴盒4中的凸起实现与水浴盒4的安装；同时下剪切盒12的上端面设于环形缺口，下剪切盒12套装于底柱13上时，下剪切盒12上的环形缺口与底柱13的侧壁共同形成环形槽；具体的，下剪切盒12整体呈环状，中心留有圆孔，圆孔直径与试样内径一致，本实施例中为60mm，主要用以试样制备和装填使能够对试样中心进行切割和掏空以完成环形试样的制备。圆孔外围挖槽，槽体平面形态与试样一致，安装在底柱13上与底柱13的外壁共同形成环形槽，环形槽的底部设置有透水板6，透水板6上方嵌有一组刀片3，透水板6下方有泄水孔12-1与水浴盒4相通。剪切过程中扭力由外部扭动机构依次传导至水浴盒4、下剪切盒12，并由下剪切盒12带动试样扭转。

活动璧环组（如图5所示）包括若干个相互叠加的活动璧环8；本实施例中，活动璧环8为薄壁有机玻璃圆环，内径100mm，高度10mm；活动璧环8的一端面设有活动璧环凸部，另一端设有活动璧环槽，活动璧环8通过活动璧环凸部与活动璧环槽的咬合实现叠加式安装；活动璧环8的内径与环形槽的外径一致，并且下剪切盒12在环形槽的槽壁上设有用于安装活动璧环8的活动璧环8安装槽，在相互叠加的活动璧环8中位于最下端的一活动璧环8的活动璧环凸部安装于下剪切槽上设置的活动璧环安装槽中；为了保证每个活动璧环8能独立转动，活动璧环安装槽中放有第二滚珠；活动璧环槽中置有若干个第一滚珠7；活动璧环8凸部采用置于活动璧环槽中的若干个第一滚珠7支撑；同时为了保证活动璧环与试样变形状态一致，活动璧环8上开设有两个沿径向方向的通孔8-1，采用钢钉固定二个通孔8-1；用以插入钢钉，以保证试样变形状态与活动壁环一致，也可用于连接监测仪器和作为进水孔使用；

同时，活动璧环与叠环等高，每个中心杆11-1的高度为1个、2个或5个叠环的高度；活动璧环与叠环等高，每个中心杆11-1的高度为1个、2个或5个叠环的高度（试样过程中根据叠片组10的高度选用中心杆11-1）。

在环形槽的基础上，一个活动璧环8与一个叠环共同组成一个剪切盒单元；剪切盒单元的数量根据实际使用时试样需要进行调整。

套环5设于活动璧环组上，套环5的内径与活动璧环组的内径一致，套环5的外径大于活动璧环组的外径；套环5的下端面设有套环5凸起，套环5通过套环5凸起与活动璧环8槽的配合实现安装在活动璧环组上；套环5在外沿处设有一固定孔，下剪切盒12在对应的位置处设有另一固定孔，通过剪切盒支架2固定套环5上的固定孔与下剪切盒12上的固定孔能实现活动璧环组的限位；具体的是下剪切盒支架上带有螺纹，剪切盒支架2同时穿过两个固定孔后并采用螺帽2-1固定，实现将下剪切盒12、活动璧环组以及套环5连成整体；

试样固定机构包括刀盘1（如图4所示），刀盘1设于叠环组、活动璧环组以及环形槽形成的试样室9的上方，在外部动力机构的作用下刀盘1能在试样室9的竖向方向上下移动；刀盘1的上端面设有突钮1-1，突钮1-1中央开孔，使用时采用插销将突钮1-1固定于外部动力机构上。实际应用时，环形槽、活动璧环组、叠片组10和刀盘1共同包围形成环状空腔，空腔高度受剪切盒单元控制，该部分为叠环剪切盒主体。

为了实现对试样进行含水率的调节，水浴机构还包括设于刀盘1下端面的透水板6、设于环形槽中的透水板6（该透水板6与环形槽的底面形状一致）、设于环形槽底面的泄水孔12-1以及设于刀盘1上的进水孔1-2；进水孔1-2通过设于刀盘1下端面的透水板6（该透水板6与刀盘1下端面形状一致）、能与试样室9、设于环形槽中的透水板6、泄水孔12-1以及水浴盒4连通。

作为本实用新型改进的技术方案，还包括两组刀片3，其中一组刀片3设于刀盘1的下端面、另一组刀片3设于环形槽的底面，每组刀片3包括以环状分布的若干个刀片3，刀片3的长度方向与环形槽的径向方向一致，刀片3的长度与环形槽在径向方向的宽度一致。当刀盘1下端面设有透水板6、环形槽中设有透水板6时，一组刀片3是嵌入位于刀盘1下端面的透水板6上的，另一组刀片3是嵌入环形槽的底面的。

本申请中，所述水浴盒4、下剪切盒12、活动璧环组、中心轴11、叠环组、上部套环5、刀盘1均呈圆状或圆环状，其圆心位于同一中轴线上。

本实用新型的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒工作原理如下为：通过刀盘1将竖向压力传递到由活动璧环组、叠环组、下剪切盒12包裹的试样上提供竖向压力，活动璧环8起到侧向约束作用。在一定的固结时间后，插入钢钉，用以使活动璧环8和试样变形一致。剪切过程中刀盘1固定试样上部，下剪切盒12对试样施加扭力。试样在扭力作用下发生扭转变形，由于试样宽度较圆环直径相比较小，可将试样看成剪切面积恒定的无限距离剪切变形（如图8所示）。另外，活动璧环组间和叠环组间摩擦阻力较小，相对剪切应力可忽略不计。活动璧环8与试样间采用钢钉固定，由于钢钉截面积较小，几乎不会影响土体变形。试样在剪切过程中受到的多余约束被降到最低，剪切过程最大限度接近实际情况。通过改变试样材料组成和高度，可模拟多种工况下试样发生错动时的应力应变状态，并可完成长期监测的目的。

一种基于叠环式环剪盒的叠环式剪切试验，包括如下步骤：

步骤一、制样：安装活动璧环组、叠片组10以及中心轴11，保证三者高度一致；向环形槽、活动璧环组、以及叠片组10形成的试样室9中装入试样；

步骤二、外部动力机构对刀盘1施压，直至对试样的竖向压力达到设定值；保持加压直至试样固结；

步骤三、环剪，在各个活动璧环8的通孔8-1中插上钢钉；在保持竖向压力的情况下，开启外部动力机构促使下剪切盒12转动，使试样在下剪切盒12的带动下发生连续的整体扭转变形；

步骤四、分别记录每个活动璧环8的环向位移、试样整体的竖向位移和应力状态。

作为本实用新型改进的技术方案，还包括在步骤二中，在土体试样固结时，在水浴盒4中加水，以达到试样在饱和和部分饱和状态下的剪切。

作为本实用新型改进的技术方案，步骤一中，采用原位取样器进行试样的采集与装样，或者采用人工逐层填充的方式进行装样。

图8为本申请装置的使用时应力应变示意图。试样在环剪过程中仅受到上下的扭力和剪切盒侧向的限制，可近似将环状试样看成水平向无限的剪切过程。试样在剪切过程中可发生滑动剪切、弹塑性变形和滚动变形等多种变形形态，可使试样在极大程度上接近于实际状态。

具体的，本实用新型一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒可以单不仅限于传统环剪试验、重塑土叠式环剪试验、原状土叠式环剪试验、材料接触面特征试验，具体实施实例如下：

实例一：传统环剪试验

开展传统环剪试验只需去除多余剪切盒单元，仅保留一个剪切盒单元，试验过程中通过刀盘1传递竖向应力并固结，试验过程中通过下剪切盒12传递扭力，使试样沿预设剪切面环向剪切。

实例二：重塑土叠式环剪试验

重塑土制样过程采用分层制样模式，首先在下剪切盒12圆孔内放置底柱13，并插入固定轴11-3固定。在下剪切盒12环状凹槽中放置第二滚珠，并加入一定量润滑油，并套上一个活动璧环8，形成最底部试样槽。将土样放入试样槽中，分层压实到壁环高度，再在上层壁环凹槽内放置滚珠并放上一层壁环和叠环。重复上述，直至达到试验所需高度。套上套环5，插入剪切盒支架2并用螺帽2-1锁死，完成制样。制样完成后将完成组件搬运至水浴盒4之上，通过刀盘1对试样施加竖向压力并固结。固结完成，可松开螺帽2-1，并对下剪切盒12施加扭力，使试样发生扭转变形。变形过程中可监测试样竖向和环向的应力应变状态，对比不同活动璧环8的位移差异，得出土样的变形特征。

实例三：原状土叠式环剪试验

原状土叠式环剪试验制样需借助制样器，制样器为圆筒状薄壁环刀，其特征是可预先在圆筒内嵌置组装完成的活动璧环组。将制样器连同活动璧环组插入原状土中采取土样。脱去制样器，将活动璧环组和试样放置于下剪切盒12上，确保活动璧环8上的凸起与下剪切盒12凹槽咬合。将原状土压入下剪切盒12凹槽中，脱去多余活动璧环8。再通过直径与叠片直径相同的环刀在试样中心开孔，环刀由试样上部插入，贯穿至下剪切盒12底部圆孔。底柱13和叠片组10依次叠放于环刀之上，一起推入试样内部，将环刀和试样中心的废样一起从下剪切盒12圆孔处挤出，完成装样。插入中心轴11，套上套环5并固定好剪切盒支架2即可完成制样。制样完成将完成组件搬运至水浴盒4上，后对试样施加竖向压力并固结。固结完成，可松开螺帽2-1，并对下剪切盒12施加扭力，使试样发生扭转变形。变形过程中可监测试样竖向和环向的应力应变状态，对比不同活动璧环8的位移差异，得出土样的变形特征。

实例四：材料接触面特征试验

材料接触面特征试验主要用于研究不同材料在剪切应力作用下的应力应变过程，如土-混凝土、土-岩、土-土工布等材料界面的抗剪强度。制样过程与实例一相似，采用分层制样法，将其中一种采用放入试样室9下部，另一种材料放于试样室9上部，放置过程中分层叠放活动壁环组和叠片组，叠放过程中可根据情况选择放入钢珠或橡胶圈，以达到固定或活化某区域的目的。插入中心轴11，套上套环5并固定好剪切盒支架2即可完成制样。制样完成将完成组件搬运至水浴盒4上，后对试样施加竖向压力并固结。固结完成，可松开螺帽2-1，并对下剪切盒12施加扭力，使试样发生扭转变形。变形过程中可监测试样竖向和环向的应力应变状态，对比不同活动璧环8的位移差异，得出试样的变形特征。制样过程中材料接触面不限于平面，可为不规则面。材料数量也不限于两项可为多项。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；

水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；

试样室机构包括中心轴、底柱、下剪切盒、叠环组以及活动壁环组；中心轴包括固定轴、若干个中心杆以及若干个滚动轴承；固定轴的一端安装于水浴盒中心位置处的凹槽中，另一端设有中心杆安装槽；中心杆的一端设有与中心杆安装槽匹配的凸部，另一端设有与中心杆安装槽一致的安装槽；中心杆与固定轴间采用凸部与中心杆安装槽配合的方式安装，中心杆与中心杆之间采用凸部与安装槽的配合实现叠加式安装；中心杆的上端与下端分设有滚动轴承，滚动轴承的外径与固定轴的外径一致；

底柱安装于水浴盒中并套装于固定轴上；叠环组设于底柱上，并所述滚动轴承套装于中心轴上，同时，叠环组的外径与底柱的外径一致；叠环组包括若干片叠环；每个叠环的上端面设有叠环槽；

下剪切盒的下端面设有安装部，下剪切盒通过安装部与所述凸起实现与水浴盒的安装；同时下剪切盒的上端面设于环形缺口，下剪切盒套装于底柱上时，下剪切盒上的环形缺口与底柱的侧壁共同形成环形槽；

活动壁环组包括若干个相互叠加的活动壁环；活动壁环的一端面设有活动壁环凸部，另一端设有活动壁环槽，活动壁环通过活动壁环凸部与活动壁环槽的配合实现叠加式安装；活动壁环的内径与环形槽的外径一致，并且下剪切盒在环形槽的槽壁上设有用于安装活动壁环的活动壁环安装槽，在相互叠加的活动壁环中位于最下端的一活动壁环的活动壁环凸部安装于下剪切槽上设置的活动壁环安装槽中；

套环设于活动壁环组上，套环的内径与活动壁环组的内径一致，套环的外径大于活动壁环组的外径；套环的下端面设有套环凸起，套环通过套环凸起与活动壁环槽的配合实现安装在活动壁环组上；套环在外沿处设有一固定孔，下剪切盒在对应的位置处设有另一固定孔，通过剪切盒支架固定套环上的固定孔与下剪切盒上的固定孔能实现活动壁环组的限位；

试样固定机构包括刀盘，刀盘设于叠环组、活动壁环组以及环形槽形成的试样室的上方，在外部动力机构的作用下刀盘能在试样室的竖向方向上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，刀盘的上端面设有突钮，刀盘通过突钮安装于外部动力机构上。

3.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，活动壁环上开设有两个沿径向方向的通孔。

4.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，活动璧环与叠环等高，每个中心杆的高度为1个、2个或5个叠环的高度。

5.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，水浴机构还包括设于刀盘下端面的透水板、设于环形槽中的透水板、设于环形槽底面的泄水孔以及设于刀盘上的进水孔；进水孔通过设于刀盘下端面的透水板、能与试样室、设于环形槽中的透水板、泄水孔以及水浴盒连通。

6.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，还包括两组刀片，其中一组刀片设于刀盘的下端面、另一组刀片设于环形槽的底面，每组刀片包括以环状分布的若干个刀片，刀片的长度方向与环形槽的径向方向一致，刀片的长度与环形槽在径向方向的宽度一致。

7.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，活动壁环安装槽中放有第二滚珠。

8.根据权利要求1所述的一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，活动壁环槽中置有若干个第一滚珠；活动壁环凸部采用置于活动壁环槽中的若干个第一滚珠支撑。