一種測試土體強度的剪切裝置的製作方法

2023-09-12 19:49:45 2

專利名稱：一種測試土體強度的剪切裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試土體強度的剪切裝置。
背景技術：
目前，測試土體剪切強度常用的儀器有直剪儀和單剪儀，常見的直剪儀和單剪儀分別如圖1和圖2所示。如圖1所示，採用直剪裝置進行土體剪切強度試驗時，試樣置於上下剪切盒內，固定上剪切盒，通過下剪切盒形成剪切。直剪裝置雖然結構簡單、操作方便，但是存在以下一些缺陷①首先，直剪試驗中上剪切盒內的土體被認為沿剪切面方向是沒有剪切變形的，只在剪切面上容許剪切變形。嚴格上講，土體的剪切面不是一個平面，而是一個具有一定厚度的剪切帶，因此，其與實際情況不完全符合，如圖1所示再者，發生剪切變形後，上剪切盒內土體應力狀態比較複雜，靠近剪切方向的上剪切盒後側壁處土體擠壓明顯，而前側壁處土體發生鬆動，從而導致剪切面應力和應變分布都不均勻，試驗結果精度降低此外，對於粗粒土而言，由於其顆粒較大，剪切面上呈現凹凸不平，剪切時塊體的剪切強度往往被視為粗粒土的剪切強度，從而經常出現強度偏高，與實際情況相去甚遠，對工程安全不利。如圖2所示，採用單剪裝置進行試驗時，試樣置於下剪切盒與若干重疊放置的剪切疊環內，保持試樣頂部的加壓蓋板固定不動，通過移動下剪切盒形成剪切。單剪裝置的一個顯著優點是它允許剪切面以上一定範圍內的土體發生剪切變形，如圖2所示，剪切面的應力狀態比直剪裝置有所改善。但是，單剪裝置也存在一個明顯的缺陷，當剪切變形發生後，從剪切面以上到試樣頂部，整個土體都不同程度的發生剪切，形成了一個從剪切面一直貫穿到土體頂部的剪切體，這樣一來使得剪切面以上整個土體都被視為剪切帶。而實際當中，對於滑體而言，只是在土體內部某一深度處形成一個剪切面(帶)，剪切面(帶)以上的土體是沒有剪切變形的。因此，單剪裝置與實際情況也不完全相符。

實用新型內容針對直剪裝置或單剪裝置因人為確定剪切面所帶來的準確性問題，本實用新型旨在提供一種測試土體強度的剪切裝置，該剪切裝置可消除目前剪切試驗中所採用的直剪裝置以及單剪裝置技術上的缺點，保證試驗結果的真實性和準確性。為了實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是—種測試土體強度的剪切裝置，包括上剪切盒和下剪切盒，其結構特點是，所述下剪切盒和通過反力支架固定連接在反力板上的上剪切盒之間設有剪切滑動部，所述下剪切盒上設有剪切時約束上剪切盒的約束部件；所述剪切滑動部包括帶槽軌條和部分置於帶槽軌條的軌條內槽內的多片剪切疊環；所述上剪切盒、下剪切盒和剪切疊環均具有用於放置試樣的填料筒。以下是對本實用新型進一步改進的技術方案根據本實用新型的實施例，所述約束上剪切盒的約束部件為設置在下剪切盒兩側上端的擋板。更進一步地，所述帶槽軌條通過軌肩連接在下剪切盒的擋板上。為了減小下剪切盒與帶槽軌條之間的摩擦力，所述下剪切盒與帶槽軌條之間設有滾珠，優選為鋼珠。在本實用新型中，所述帶槽軌條優選包括兩根，兩根帶槽軌條的軌條內槽相對設置；每片所述剪切疊環均具有疊環榫頭，置於軌條內槽內的各疊環榫頭可在軌條內槽內自由移動，各疊環榫頭的高度之和不超過帶槽軌條的內槽高度。所述上剪切盒、下剪切盒和剪切疊環的填料筒內徑一致。所述上剪切盒的填料筒貫穿上剪切盒的上下表面；所述下剪切盒填料筒的下盒填料筒底面高於下剪切盒底面。為了減小上剪切盒與下剪切盒之間的摩擦力，所述擋板靠近上剪切盒一側設置有多個用於放置滾珠的球形圓孔，球形圓孔內放置滾珠。作為一種具體的結構形式，所述剪切疊環包括位於上部的頂部剪切疊環、位於中間部位的中間剪切疊環和位於底部的底部剪切疊環，當然根據試驗需要，剪切疊環可以為四片或者更多。上述帶槽軌條的高度為對於粘性土測試，其高度一般可取l_2cm ;對於粗粒土測試，其高度為粗粒土最大顆粒粒徑的O. 5-1倍。藉由上述結構，剪切滑動部主要包括帶槽的軌條以及剪切疊環，剪切滑動部的主要功能是給土體提供一個潛在的剪切錯動帶。所述下剪切盒主要由約束擋板、填料筒以及若干放置鋼珠用的圓孔組成，兩側的約束擋板起到約束剪切上盒運動方向以及掛靠帶槽軌條的作用，圓形孔洞都是放置鋼珠用的，起到減小摩擦力的作用。所述上剪切盒主要由填料筒、反力支架及底部圓孔組成，剪切時上盒通過反力支架將剪切力傳遞到固定的反力板上，其可以在帶槽軌條上自由滑動，通過設置在底面的鋼珠減小摩擦。所述剪切滑動部置於上剪切盒與下剪切盒之間，由兩條軌條及剪切疊環組成，軌條通過軌肩連接到下盒的側面擋板上，保證剪切時軌條與下盒運動方向一致，且不產生相對滑動，剪切疊環放置在兩軌條之間，其填料筒內徑與上下盒內徑一致，將榫頭插入到兩側的軌條內槽之中，保證剪切時，剪切疊環可以在上下盒之間相互移動，以此來反映錯動帶內土體的變形。所述帶槽軌條的高度以及剪切疊環的數量可以根據實際情況來確定，由於帶槽軌條上下邊緣的存在，頂部和底部的剪切疊環設計成榫頭薄疊環厚的形式，來實現錯動帶的閉合，中間的疊環可以根據需要放置若干片，但是必須滿足所有的榫頭的厚度和不能超過軌條內槽的高度。以下對本實用新型做進一步描述。一種用於測定土體剪切強度的剪切裝置，見圖3 9。該裝置主要由上剪切盒2、兩片帶槽軌條14、剪切疊環片19、22、25、下剪切盒7等部分組成。具體是在上下剪切盒之間加裝兩片帶槽軌條，再將剪切疊環從下至上依次放置到兩片軌條內槽之中，剪切疊環在軌條內可以相互移動，再將試樣置於上、下剪切盒以及疊環的填料筒內21、24、27。試驗時，上剪切盒固定不動，下剪切盒及兩片帶槽軌條沿剪切方向一起移動，軌條間的疊環可以在上、下剪切盒之間相互錯動，疊環與疊環之間也可以相互移動，互不影響，以此來模擬發生在土體內部剪切帶的變形機制。軌條的高度(也就是剪切帶的厚度)，可以根據實際情況來確定。對於粘性土，其高度一般可取l_2cm，對於粗粒土，其高度可取最大顆粒粒徑的(-1)倍。剪切疊環優選由頂部剪切疊環19、中間剪切疊環22、底部剪切疊環25三片組成，根據實際需要，可以通過增加中間剪切疊環來滿足剪切帶厚度的變化，剪切疊環的厚度可根據需要來定，一般可取O. 2-0. 5cm。本實用新型在直剪裝置的上、下剪切盒之間，通過在試樣內部設置一個具有一定厚度的剪切錯動帶，來反映土體剪切破壞的變形機制，該實用新型同時具有直剪裝置和單剪裝置各自的優點，又克服了兩種裝置各自的缺點，適用於土體尤其是粗粒土的抗剪強度測試。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型的剪切裝置能提供了一個剪切錯動帶，具有單剪裝置的優點，解決了直剪裝置因人為確定剪切面所帶來的三個問題；與此同時，這種裝置使得剪切只發生在剪切錯動帶以內，而剪切帶以上的上剪切盒的土體並沒有剪切變形，這就克服了單剪裝置中剪切面以上整個土體都存在剪切變形而全部被視為剪切帶的問題。本實用新型在試樣內部提供了一個潛在的剪切錯動帶，剪切變形主要發生在剪切帶土體內，剪切帶以上土體並不發生剪切變形，這一受力狀態與實際情況完全吻合，消除了目前剪切試驗中所採用的直剪裝置以及單剪裝置技術上的缺點，從而進一步保證了試驗結果的真實性和準確性。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。

圖1是現有直剪儀的結構示意圖；圖2是現有單剪儀的結構示意圖；圖3是本實用新型所述下剪切盒的結構示意圖；圖4是本實用新型所述上剪切盒的結構示意圖；圖5是本實用新型所述帶槽軌條的結構示意圖；圖6是本實用新型所述頂部剪切疊環的結構示意圖；圖7是本實用新型所述中間剪切疊環的結構示意圖；圖8是本實用新型所述底部剪切疊環的結構示意圖；圖9是本實用新型所述剪切裝置整體結構的後視圖。在圖中1-反力支架；2-上剪切盒；3-上剪切盒填料筒；4-上剪切盒球形圓孔；5-上剪切盒底面； 6-上剪切盒填料筒底部輪廓線；7-下剪切盒；8-擋板球形圓孔； 9-擋板；10-下剪切盒球形圓孔；11-下剪切盒填料筒；12-下剪切盒底面；13-下剪切盒填料筒底面；14-帶槽軌條；15-軌肩；16-軌條內槽；17-內槽上邊緣；18-內槽下邊緣； 19-頂部剪切疊環；20-頂部疊環榫頭；21，24，27-填料筒；22-中間剪切疊環；23-中間疊環榫頭；25-底部剪切疊環；26-底部疊環榫頭；29-剪切疊環；30-試樣；F法-法向應力；F剪-到切力。
具體實施方式
接下來，以舉例的形式詳細描述本實用新型的一個具體實施的過程，也將較清楚的顯示本實用新型的特點和優點。—種測試土體強度的剪切裝置主要由上剪切盒2、下剪切盒7以及剪切滑動部14、19、22、25組成，上剪切盒2與反力支架I連接成一個整體，如圖4所示，上剪切盒2中間填料筒為圓柱形，從上到下貫通，即上剪切盒底面5與上剪切盒填料筒底部輪廓線6處在一個平面上。球形圓孔4內部嵌入鋼珠，起減小摩擦力的作用。上剪切盒除填料筒3為圓柱形孔洞外，其餘各部均為實體，可用不鏽鋼或者鑄鐵製作而成。如圖3所示，所述下剪切盒7與上剪切盒2結構基本相似，所不同的是，下剪切盒7的兩個側面上端各設立兩塊擋板9，擋板9與下剪切盒7連接在一起，起到剪切時約束上剪切盒2的作用。此外，在擋板9內側設球形圓孔8並放置鋼珠，以減小剪切時上剪切盒2在滑動過程中的摩擦力；另一方面，下剪切盒填料筒11與上剪切盒填料筒3內徑一致，不同的是下剪切盒填料筒底面13要高於下剪切盒底面12，也就是下剪切盒填料筒11並沒有上下貫通。此外，與上剪切盒2 —樣，在下剪切盒7邊沿處也設立減小滑動摩擦用的球形圓孔10。本實用新型最為關鍵的部分即剪切滑動部，如圖5 圖8所示，剪切滑動部的主要功能是給土體提供一個潛在的剪切錯動帶，其主要由兩片相同的帶槽軌條14及剪切疊環19、22、25組成。剪切滑動部介於上剪切盒2與下剪切盒7之間，兩片相同的帶槽軌條14緊靠下剪切盒兩側的擋板9內側，軌肩15向外側，剪切時，將軌肩15掛靠到擋板9的邊沿上，以保證剪切時帶槽軌條14與下剪切盒7均沿著剪切方向運動，避免帶槽軌條14與下剪切盒7之間產生相對滑動。接下來，將剪切疊環19、22、25依次入到軌條內槽16之中，考慮到軌條上、下邊緣
17、18的原因，因此設置了頂部和底部剪切疊環19、25，疊環榫頭20、26的厚度與頂部和底部剪切疊環19、25的厚度是不一致的，頂部和底部疊環超厚部分的高度與的軌條上邊緣與下邊緣的高度一樣。放置時，應先放置底部剪切疊環19，再放置中間剪切疊環22，最後放置頂部剪切疊環25，各剪切疊環中間圓柱形的填料筒21、24、27的內徑與上、下剪切盒2，7的內徑一致。最後，將上剪切盒2放置到帶槽軌條14之上，剪切時，上剪切盒2保持不動，上剪切盒2與帶槽軌條14之間能夠相互滑動。同時，疊環榫頭20，23，26在帶槽軌條14的槽內能夠自由移動，也就保證了剪切帶土體能夠相互錯動。帶槽軌條14的厚度可以根據土體顆粒的大小或者經驗來確定，剪切疊環19、22、25的厚度也可以根據需要來加工，中間剪切疊環22可以設置多塊，只要保證所有疊環榫頭20，23，26的厚度之和不超過帶槽軌條14內槽的高度就可以了。所有構件均採用不鏽鋼或者鑄鐵來製作，並打毛刨光。利用現有一般機械廠的設備就可以加工而成，以滿足試驗者的自身需要。上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用於更清楚地說明本實用新型，而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
權利要求1.一種測試土體強度的剪切裝置，包括上剪切盒(2)和下剪切盒(7)，其特徵在於，所述下剪切盒(7)和通過反力支架(I)固定連接在反力板上的上剪切盒(2)之間設有剪切滑動部，所述下剪切盒(7)上設有剪切時約束上剪切盒(2)的約束部件；所述剪切滑動部包括帶槽軌條(14)和部分置於帶槽軌條(14)的軌條內槽(16)內的多片剪切疊環(19，22，25)；所述上剪切盒(2)、下剪切盒(7)和剪切疊環(19，22，25)均具有用於放置試樣(30)的填料筒(3，11，21，24，27)。
2.根據權利要求1所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述約束上剪切盒(2)的約束部件為設置在下剪切盒(7)兩側上端的擋板(9)。
3.根據權利要求1所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述下剪切盒(7)與帶槽軌條(14)之間設有滾珠。
4.根據權利要求2所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述帶槽軌條(14)通過軌肩(15)連接在下剪切盒(7)的擋板(9)上。
5.根據權利要求1所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述帶槽軌條(14)包括兩根，兩根帶槽軌條(14)的軌條內槽(16)相對設置；每片所述剪切疊環均具有疊環榫頭(20，23，26)，置於軌條內槽(16)內的各疊環榫頭(20，23，26)可在軌條內槽(16)內自由移動，各疊環榫頭(20，23,26)的高度之和不超過帶槽軌條(14)的內槽高度。
6.根據權利要求1所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述上剪切盒(2)、下剪切盒(7)和剪切疊環(19，22，25)的填料筒(3，11，21，24，27)內徑一致。
7.根據權利要求1所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述上剪切盒(2)的填料筒(3)貫穿上剪切盒(2)的上下表面；所述下剪切盒(7)填料筒(11)的下盒填料筒底面(13)高於下剪切盒底面(12)。
8.根據權利要求2或4所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述擋板(9)靠近上剪切盒(2)—側設置有多個用於放置滾珠的球形圓孔(8)。
9.根據權利要求1或5或6所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述剪切疊環(19，22，25)包括位於上部的頂部剪切疊環(19)、位於中間部位的中間剪切疊環(22)和位於底部的底部剪切疊環(25)。
10.根據權利要求1或3或4或5所述的測試土體強度的剪切裝置，其特徵在於，所述帶槽軌條(14)的高度為 對於粘性土測試，其高度取l_2cm ； 對於粗粒土測試，其高度為粗粒土最大顆粒粒徑的O. 5-1倍。
專利摘要本實用新型公開了一種測試土體強度的剪切裝置。為了解決直剪裝置或單剪裝置的測量值存在真實性和準確性的問題，所述測試土體強度的剪切裝置包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒和上剪切盒之間設有剪切滑動部，所述下剪切盒上設有剪切時約束上剪切盒的約束部件；所述剪切滑動部包括帶槽軌條和部分置於帶槽軌條的軌條內槽內的多片剪切疊環；所述上剪切盒、下剪切盒和剪切疊環均具有用於放置試樣的填料筒。本實用新型消除了目前剪切試驗中所採用的直剪裝置以及單剪裝置技術上的缺點，從而進一步保證了試驗結果的真實性和準確性。
文檔編號G01N3/24GK202903620SQ201220598429
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者彭凱, 馮樹榮, 蔡昌光 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院