CN208520699U - 全过程直剪仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土体抗剪性质测定，具体是全过程直剪仪，包括：剪切盒组件，用于盛装试样，包括上盒和下盒；推动牵引组件，用于推动或牵引剪切盒组件，使剪切盒组件分离；加压组件，用于给剪切盒组件内的试样提供竖向压力；剪切盒组件中下盒的试样填装腔的上顶面积＞剪切盒组件中上盒的试样填装腔的下底面积，使上盒的试样填装腔的试样下底与下盒的试样填装腔的试样上顶接触面积在剪切试验过程中始终保持不变。在装腔内填满试样，上盒在下盒上移动的时候，在剪切过程中试样剪切面积始终保持不变，等于剪切盒净底面积，使得试验结果更加准确，并得到包括试样残余强度阶段在内的全过程剪应力‑剪切位移关系曲线。

Description

全过程直剪仪

技术领域

本实用新型涉及土体抗剪性质测定，具体是全过程直剪仪。

背景技术

直剪仪是指室内测定土体抗剪强度的仪器。测定时将土样置于直剪仪上下金属盒(剪切盒)之间，通过传压板和滚珠对土样施以一定的垂直压力，然后对下盒施加水平推力，使试样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。

直剪试验最早在一百多年前被Alexandre Collin用于边坡稳定性研究所使用。早期的直剪试验仪均为应力控制式，第一台现代的直剪仪是在1932年Casagrande在哈佛大学设计的， Gilboy于1936年在麻省理工学院将位移控制引入到直剪仪中，从而可以得到土体材料较为准确的应力-位移关系。

目前常规的室内直剪仪一般都是应变控制式，试验时用环刀切出厚为20mm的圆形土饼，将土饼推入剪切盒内，分别在不同的垂直压力P下，施加水平剪切力进行剪切，使试样在上下剪切盒之间的水平面上发生剪切至破坏，求得破坏时的剪切应力τ，根据库伦定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角φ和粘聚力c。直剪试验所测试的岩土体的抗剪强度，在工程应用中具有重要的参考价值。

实用新型内容

本实用新型目的是为了提供一种较好的全过程直剪仪和土体抗剪强度测定方法。

作为本实用新型的一个方面，本实用新型提供了全过程直剪仪，包括：

剪切盒组件，用于盛装试样，包括上盒和下盒；

推动牵引组件，用于推动或牵引剪切盒组件，使剪切盒组件分离；

加压组件，用于给剪切盒组件内的试样提供竖向压力；

上述剪切盒组件中下盒的试样填装腔的上顶面积＞剪切盒组件中上盒的试样填装腔的下底面积，使上盒的试样填装腔的试样下底与下盒的试样填装腔的试样上顶接触面积在剪切试验过程中始终保持不变。

申请人发现现在使用的直剪仪在使用过程中，土样剪切面是会逐渐缩小的，而计算抗剪强度时却按土样的原截面积进行计算，这样是无法得到较为准确的剪切实验结果的，通过本采用实用新型的直剪仪，在前述的下盒的试样填装腔内填满试样，上盒在下盒上移动的时候，故在剪切过程中试样剪切面积始终保持不变，等于剪切盒净底面积，使得试验结果更加准确。

进一步地是，上述下盒的试样填装腔为长条形凹槽，使上盒(4)沿下盒(12)的长度方向能产生充分位移，上述上盒的试样填装腔的下底宽度≤上述长条形凹槽的宽度。

采用传统的直剪仪，剪切试验只能做到峰值强度时刻，即试样剪切破坏的最大剪力时刻，也就只能确定试样的峰值强度指标。由于岩土体除了峰值强度之外，还存在残余强度，但传统直剪仪测试不出此相关指标，只能得到在峰值强度之前的剪应力-剪切位移曲线，得不到残余强度阶段的剪应力-剪切位移曲线，因而无法获得试验的全过程剪应力-剪切位移曲线。采用本实用新型的直剪仪，由于下盒的试样填装腔采用长条形凹槽，可以设置足够的长度，因而可以模拟试样的整个剪切过程，包括峰值强度和残余强度阶段，得到试样剪切过程中起始阶段、峰值时刻、残余阶段的剪切试验数据，在确定峰值强度与残余强度参数的同时，还可确定试样全过程剪应力-剪切位移关系曲线。

进一步地是，上述推动牵引组件包括：

拉力计，用于与上盒的一侧壁连接，牵引该上盒沿下盒的试样填装腔移动；

位移计，用于与上盒的另一侧壁连接，计量上盒在下盒上的位移。

进一步地是，上述位移计为大量程位移计，以精确计量剪切位移。

进一步地是，上述上盒与下盒之间留有间隙，该间隙用于作为剪切带；上述下盒上端设置有位于试样填装腔两侧的导轨，上述上盒的下端设置有与该导轨适配的滑槽，用于使上盒在下盒上滑动。

通过设置导轨和上述间隙，以减小上盒与下盒之间的摩擦，同时可以添加润滑剂辅助减小摩擦。

进一步地是，上述下盒上端设置有位于试样填装腔一侧或两侧的刻度线，以方便读取位移量和作为位置坐标使用。

进一步地是，上述加压组件包括：

加压量力环，用于设置在上盒上方，该竖向加压量力环上设置有用于放置砝码的平台；

加压量力环竖向变形百分表，用于测定加压量力环竖向变形量。

一种土体抗剪强度测定方法，采用直剪仪进行测定，直剪仪的剪切盒包括上下相对并连通的上盒和下盒，包括以下操作：

1)向直剪仪的下盒的试样填装腔内填装试样并均匀平铺、夯实，该试样填装腔为长条形；

2)向直剪仪的上盒的试样填装腔内填装试样，并使试样密实，且使上盒与下盒之间预留一定间隙，该间隙为剪切带；

3)在上盒顶部向试样施加竖向压力，测定试样受到的上述压力；

4)在上述压力下，沿下盒的长条形的试样填装腔牵引上盒，将上盒沿下盒长度方向移动使上盒与下盒剪切试样；

5)实时记录牵引力数值并记录上盒的位移数据；

6)绘制在所述竖向压力条件下牵引力与上盒位移的关系曲线。

进一步地是，实时记录牵引力数值并记录上盒的位移数据包括以下操作：

1)确定当前上盒在下盒上的定位位置；

2)牵引上盒在下盒上沿下盒长度方向移动，记录牵引力值和牵引力变化，以及对应的位移值；

3)继续牵引上盒并记录不同位移时刻的牵引力值和对应位移值，直至牵引力值趋于稳定后结束。

进一步地是，牵引上盒之前在下盒上端与上盒接触部分涂抹润滑剂。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的全过程直剪仪的示意图；

图2为本实用新型的全过程直剪仪的俯视示意图；

图3为本实用新型的上盒与下盒的配合示意图；

上述附图中的有关标记为：1-大量程位移计、2-拉力计、3-加压量力环竖向变形百分表、 4-上盒、5-试样、6-竖向加压托盘、7-加压量力环、8-砝码、9-长条形凹槽、10-导轨、11- 上盒的底部凹槽、12-下盒、13-试验架、14-位移刻度线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1和2，本实用新型全过程直剪仪，用于测定试样5的抗剪性质，上述全过程直剪仪，包括大量程位移计1、拉力计2、加压量力环竖向变形百分表3、上盒4、竖向加压托盘6、加压量力环7、砝码8、下盒的长条形凹槽9、导轨10、上盒的底部凹槽11、下盒12、试验架13、位移刻度线14；上盒的底部凹槽11与导轨10适配。

参照图1，上述全过程直剪仪中，试验架13固定置于平坦地面上，下盒12固定于试验架13上，该下盒12可以作为实验台，在下盒12上设有相当长度的长条形凹槽9；带有底部凹槽11的上盒4置于导轨10上，导轨10外侧、下盒12顶面上标有位移刻度线14。

导轨10上涂抹适量润滑油以减小上盒4在其上滑行时产生的摩阻力；上盒4后侧连接有固定于下盒12上的大量程位移计1，以精确计量剪切位移；上盒4前侧连接有固定于上盒4 上的拉力计2，当法向正压力较大时可以并联加多个拉力计2。

前述的导轨10可以比长条形凹槽9顶面略高一些，底部凹槽11的深度比导轨10高度少一定距离，该一定距离为试验中预设的剪切带的厚度，底部凹槽11的宽度可以比导轨10顶面宽度略大，使底部凹槽11刚好契合在导轨10上，且确保试验剪切面就是上盒4中试样底面与长条形凹槽9中试样顶面的接触面。

本全过程直剪仪采用土体抗剪强度测定方法，低于试样进行测定，直剪仪的剪切盒包括上下相对并连通的上盒和下盒，包括以下操作：

1)向直剪仪的下盒的试样填装腔内填装试样并均匀平铺、夯实，该试样填装腔为长条形；

2)向直剪仪的上盒的试样填装腔内填装试样，并使试样密实，且使上盒与下盒之间预留一定间隙，该间隙为剪切带；

3)在上盒顶部向试样施加竖向压力，测定试样受到的上述压力；

4)在上述压力下，沿下盒的长条形的试样填装腔牵引上盒，将上盒沿下盒长度方向移动使上盒与下盒剪切试样；

5)实时记录牵引力数值并记录上盒的位移数据；

6)绘制在所述竖向压力条件下牵引力与上盒位移的关系曲线。

实时记录牵引力数值并记录上盒的位移数据包括以下操作：

1)确定当前上盒在下盒上的定位位置；

2)牵引上盒在下盒上沿下盒长度方向移动，记录牵引力值和牵引力变化，以及对应的位移值；

3)继续牵引上盒并记录不同位移时刻的牵引力值和对应位移值，直至牵引力值趋于稳定后结束。

试验过程中，具体操作为：装好试样5与各部件就位后，根据百分表3读数、竖向加压量力环7的量力环弹性系数以及砝码8、托盘6的重量，计算与校核确定相应的正压力；在该正压力下，采用缓慢速度牵引拉力计2，带动上盒4向前滑动剪切试样，通过位移刻度线14先粗读当前剪切位移大小，再以一定的预设剪切位移间隔精确读取各位移时拉力计2的拉力读数及相应的位移计1读数；并随时观察拉力计2读数变化状况，记录下拉力计2读数由小变大与由大变小时刻的拉力计2和位移计1读数；然后，继续牵引拉力计2，读取不同位移时刻的拉力计2和位移计1读数，直到拉力计2读数趋于稳定为止。

可以根据实际试样颗粒直径大小的要求，加工不同截面大小的上盒4和不同宽度与深度的长条形凹槽9，以形成不同大小的试样剪切面积。对于细颗粒土体试样，可以用传统的普通直剪仪标定峰值强度之前区段的剪应力-剪切位移关系曲线。

本实用新型全过程直剪仪是一种新型直剪仪。直剪试验过程中试样剪切面积始终保持不变，使得试验结果更加准确；同时本装置可以模拟试样的整个剪切过程，获得试样剪切过程中的峰值强度之前、峰值强度时刻和残余强度阶段的数据，得到试验全过程剪应力-剪切位移曲线；本装置可以使试样的全过程剪应力-剪切位移曲线的获得更加简单，可以同时获得试样的峰值强度指标和残余强度指标，且试验操作过程快捷方便。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.全过程直剪仪，包括：

剪切盒组件，用于盛装试样，包括上盒(4)和下盒(12)；

推动牵引组件，用于推动或牵引剪切盒组件，使剪切盒组件分离；

加压组件，用于给剪切盒组件内的试样提供竖向压力；

其特征在于，所述剪切盒组件中下盒(12)的试样填装腔的上顶面积＞剪切盒组件中上盒(4)的试样填装腔的下底面积，使上盒(4)的试样填装腔的试样下底与下盒(12)的试样填装腔的试样上顶接触面积在剪切试验过程中始终保持不变。

2.如权利要求1所述的全过程直剪仪，其特征在于，所述下盒(12)的试样填装腔为长条形凹槽(9)，所述上盒(4)的试样填装腔的下底宽度≤所述长条形凹槽(9)的宽度。

3.如权利要求2所述的全过程直剪仪，其特征在于，所述推动牵引组件包括：

拉力计(2)，用于与上盒(4)的一侧壁连接，牵引该上盒(4)沿下盒(12)的试样填装腔移动；

位移计(1)，用于与上盒(4)的另一侧壁连接，计量上盒(4)在下盒(12)上的位移。

4.如权利要求3所述的全过程直剪仪，其特征在于，所述位移计(1)为大量程位移计。

5.如权利要求2所述的全过程直剪仪，其特征在于，所述上盒(4)与下盒(12)之间留有间隙，该间隙用于作为剪切带；所述下盒(12)上端设置有位于试样填装腔两侧的导轨(10)，所述上盒(4)的下端设置有与该导轨(10)适配的滑槽，用于使上盒(4)在下盒(12)上滑动。

6.如权利要求2所述的全过程直剪仪，其特征在于：所述下盒(12)上端设置有位于试样填装腔一侧或两侧的刻度线(14)。

7.如权利要求1所述的全过程直剪仪，其特征在于：所述加压组件包括：

加压量力环(7)，用于设置在上盒(4)上方，该竖向加压量力环上设置有用于放置砝码的平台；

加压量力环竖向变形百分表(3)，用于测定加压量力环(7)竖向变形量。