专利名称：一种测试土体强度的剪切装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试土体强度的剪切装置。
背景技术：
目前，测试土体剪切强度常用的仪器有直剪仪和单剪仪，常见的直剪仪和单剪仪分别如图I和图2所示。如图I所示，采用直剪装置进行土体剪切强度试验时，试样置于上下剪切盒内，固定上剪切盒，通过下剪切盒形成剪切。直剪装置虽然结构简单、操作方便，但是存在以下一些缺陷①首先，直剪试验中上剪切盒内的土体被认为沿剪切面方向是没有剪切变形的，只在剪切面上容许剪切变形。严格上讲，土体的剪切面不是一个平面，而是一个具有一定厚度的剪切带，因此，其与实际情况不完全符合，如图I所示再者，发生剪切变形后，上剪切 盒内土体应力状态比较复杂，靠近剪切方向的上剪切盒后侧壁处土体挤压明显，而前侧壁处土体发生松动，从而导致剪切面应力和应变分布都不均匀，试验结果精度降低此外，对于粗粒土而言，由于其颗粒较大，剪切面上呈现凹凸不平，剪切时块体的剪切强度往往被视为粗粒土的剪切强度，从而经常出现强度偏高，与实际情况相去甚远，对工程安全不利。如图2所示，采用单剪装置进行试验时，试样置于下剪切盒与若干重叠放置的剪切叠环内，保持试样顶部的加压盖板固定不动，通过移动下剪切盒形成剪切。单剪装置的一个显著优点是它允许剪切面以上一定范围内的土体发生剪切变形，如图2所示，剪切面的应力状态比直剪装置有所改善。但是，单剪装置也存在一个明显的缺陷，当剪切变形发生后，从剪切面以上到试样顶部，整个土体都不同程度的发生剪切，形成了一个从剪切面一直贯穿到土体顶部的剪切体，这样一来使得剪切面以上整个土体都被视为剪切带。而实际当中，对于滑体而言，只是在土体内部某一深度处形成一个剪切面(带)，剪切面(带)以上的土体是没有剪切变形的。因此，单剪装置与实际情况也不完全相符。
发明内容
针对直剪装置或单剪装置因人为确定剪切面所带来的准确性问题，本发明旨在提供一种测试土体强度的剪切装置，该剪切装置可消除目前剪切试验中所采用的直剪装置以及单剪装置技术上的缺点，保证试验结果的真实性和准确性。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是
一种测试土体强度的剪切装置，包括上剪切盒和下剪切盒，其结构特点是，所述下剪切盒和通过反力支架固定连接在反力板上的上剪切盒之间设有剪切滑动部，所述下剪切盒上设有剪切时约束上剪切盒的约束部件；所述剪切滑动部包括带槽轨条和部分置于带槽轨条的轨条内槽内的多片剪切叠环；所述上剪切盒、下剪切盒和剪切叠环均具有用于放置试样的填料筒。以下是对本发明进一步改进的技术方案
根据本发明的实施例，所述约束上剪切盒的约束部件为设置在下剪切盒两侧上端的挡板。更进一步地，所述带槽轨条通过轨肩连接在下剪切盒的挡板上。为了减小下剪切盒与带槽轨条之间的摩擦力，所述下剪切盒与带槽轨条之间设有滚珠，优选为钢珠。在本发明中，所述带槽轨条优选包括两根，两根带槽轨条的轨条内槽相对设置；每片所述剪切叠环均具有叠环榫头，置于轨条内槽内的各叠环榫头可在轨条内槽内自由移动，各叠环榫头的高度之和不超过带槽轨条的内槽高度。所述上剪切盒、下剪切盒和剪切叠环的填料筒内径一致。所述上剪切盒的填料筒贯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于下剪切盒底面。为了减小上剪切盒与下剪切盒之间的摩擦力，所述挡板靠近上剪切盒一侧设置有多个用于放置滚珠的球形圆孔，球形圆孔内放置滚珠。 作为一种具体的结构形式，所述剪切叠环包括位于上部的顶部剪切叠环、位于中间部位的中间剪切叠环和位于底部的底部剪切叠环，当然根据试验需要，剪切叠环可以为四片或者更多。上述带槽轨条的高度为对于粘性土测试，其高度一般可取l_2cm ;对于粗粒土测试，其高度为粗粒土最大颗粒粒径的O. 5-1倍。藉由上述结构，剪切滑动部主要包括带槽的轨条以及剪切叠环，剪切滑动部的主要功能是给土体提供一个潜在的剪切错动带。所述下剪切盒主要由约束挡板、填料筒以及若干放置钢珠用的圆孔组成，两侧的约束挡板起到约束剪切上盒运动方向以及挂靠带槽轨条的作用，圆形孔洞都是放置钢珠用的，起到减小摩擦力的作用。所述上剪切盒主要由填料筒、反力支架及底部圆孔组成，剪切时上盒通过反力支架将剪切力传递到固定的反力板上，其可以在带槽轨条上自由滑动，通过设置在底面的钢珠减小摩擦。所述剪切滑动部置于上剪切盒与下剪切盒之间，由两条轨条及剪切叠环组成，轨条通过轨肩连接到下盒的侧面挡板上，保证剪切时轨条与下盒运动方向一致，且不产生相对滑动，剪切叠环放置在两轨条之间，其填料筒内径与上下盒内径一致，将榫头插入到两侧的轨条内槽之中，保证剪切时，剪切叠环可以在上下盒之间相互移动，以此来反映错动带内土体的变形。所述带槽轨条的高度以及剪切叠环的数量可以根据实际情况来确定，由于带槽轨条上下边缘的存在，顶部和底部的剪切叠环设计成榫头薄叠环厚的形式，来实现错动带的闭合，中间的叠环可以根据需要放置若干片，但是必须满足所有的榫头的厚度和不能超过轨条内槽的高度。以下对本发明做进一步描述。一种用于测定土体剪切强度的剪切装置，见图3 9。该装置主要由上剪切盒2、两片带槽轨条14、剪切叠环片19、22、25、下剪切盒7等部分组成。具体是在上下剪切盒之间加装两片带槽轨条，再将剪切叠环从下至上依次放置到两片轨条内槽之中，剪切叠环在轨条内可以相互移动，再将试样置于上、下剪切盒以及叠环的填料筒内21、24、27。试验时，上剪切盒固定不动，下剪切盒及两片带槽轨条沿剪切方向一起移动，轨条间的叠环可以在上、下剪切盒之间相互错动，叠环与叠环之间也可以相互移动，互不影响，以此来模拟发生在土体内部剪切带的变形机制。轨条的高度(也就是剪切带的厚度)，可以根据实际情况来确定。对于粘性土，其高度一般可取l_2cm，对于粗粒土，其高度可取最大颗粒粒径的(-1)倍。剪切叠环优选由顶部剪切叠环19、中间剪切叠环22、底部剪切叠环25三片组成，根据实际需要，可以通过增加中间剪切叠环来满足剪切带厚度的变化，剪切叠环的厚度可根据需要来定，一般可取O. 2-0. 5cm。本发明在直剪装置的上、下剪切盒之间，通过在试样内部设置一个具有一定厚度的剪切错动带，来反映土体剪切破坏的变形机制，该发明同时具有直剪装置和单剪装置各自的优点，又克服了两种装置各自的缺点，适用于土体尤其是粗粒土的抗剪强度测试。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明的剪切装置能提供了一个剪切错动带，具有单剪装置的优点，解决了直剪装置因人为确定剪切面所带来的三个问题；与此同时，这种装置使得剪切只发生在剪切错动带以内，而剪切带以上的上剪切盒的土体并没有剪切变形，这就克服了单剪装置中剪切面以上整个土体都存在剪切变形而全部被视为剪切带的问题。本发明在试样内部提供了一个潜在的剪切错动带，剪切变形主要发生在剪切带土体内，剪切带以上土体并不发生剪切变形，这一受力状态与实际情况完全吻合，消除了目前 剪切试验中所采用的直剪装置以及单剪装置技术上的缺点，从而进一步保证了试验结果的真实性和准确性。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
图I是现有直剪仪的结构示意 图2是现有单剪仪的结构示意 图3是本发明所述下剪切盒的结构示意 图4是本发明所述上剪切盒的结构示意 图5是本发明所述带槽轨条的结构示意 图6是本发明所述顶部剪切叠环的结构示意 图7是本发明所述中间剪切叠环的结构示意 图8是本发明所述底部剪切叠环的结构示意 图9是本发明所述剪切装置整体结构的后视图。在图中
I-反力支架；2-上剪切盒；3-上剪切盒填料筒；4-上剪切盒球形圆孔；
5-上剪切盒底面； 6-上剪切盒填料筒底部轮廓线；7-下剪切盒；
8-挡板球形圆孔； 9-挡板；10-下剪切盒球形圆孔；
II-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-带槽轨条；15-轨肩；16-轨条内槽；17-内槽上边缘；
18-内槽下边缘； 19-顶部剪切叠环；20-顶部叠环榫头；
21，24，27-填料筒；22-中间剪切叠环；23-中间叠环榫头；
25-底部剪切叠环；26-底部叠环榫头；29-剪切叠环；
30-试样；F法-法向应力；F剪-剪切力。
具体实施例方式接下来，以举例的形式详细描述本发明的一个具体实施的过程，也将较清楚的显示本发明的特点和优点。—种测试土体强度的剪切装置，如图9所示，主要由上剪切盒2、下剪切盒7以及剪切滑动部14、19、22、25组成，上剪切盒2与反力支架I连接成一个整体，如图4所示，上剪切盒2中间填料筒为圆柱形，从上到下贯通，即上剪切盒底面5与上剪切盒填料筒底部轮廓线6处在一个平面上。球形圆孔4内部嵌入钢珠，起减小摩擦力的作用。上剪切盒除填料筒3为圆柱形孔洞外，其余各部均为实体，可用不锈钢或者铸铁制作而成。如图3所示，所述下剪切盒7与上剪切盒2结构基本相似，所不同的是，下剪切盒7的两个侧面上端各设立两块挡板9，挡板9与下剪切盒7连接在一起，起到剪切时约束上剪切盒2的作用。此外，在挡板9内侧设球形圆孔8并放置钢珠，以减小剪切时上剪切盒2
在滑动过程中的摩擦力；另一方面，下剪切盒填料筒11与上剪切盒填料筒3内径一致，不同的是下剪切盒填料筒底面13要高于下剪切盒底面12，也就是下剪切盒填料筒11并没有上下贯通。此外，与上剪切盒2 —样，在下剪切盒7边沿处也设立减小滑动摩擦用的球形圆孔10。本发明最为关键的部分即剪切滑动部，如图5 图8所示，剪切滑动部的主要功能是给土体提供一个潜在的剪切错动带，其主要由两片相同的带槽轨条14及剪切叠环19、22,25组成。剪切滑动部介于上剪切盒2与下剪切盒7之间，两片相同的带槽轨条14紧靠下剪切盒两侧的挡板9内侧，轨肩15向外侧，剪切时，将轨肩15挂靠到挡板9的边沿上，以保证剪切时带槽轨条14与下剪切盒7均沿着剪切方向运动，避免带槽轨条14与下剪切盒7之间产生相对滑动。接下来，将剪切叠环19、22、25依次入到轨条内槽16之中，考虑到轨条上、下边缘17、18的原因，因此设置了顶部和底部剪切叠环19、25，叠环榫头20、26的厚度与顶部和底部剪切叠环19、25的厚度是不一致的，顶部和底部叠环超厚部分的高度与的轨条上边缘与下边缘的高度一样。放置时，应先放置底部剪切叠环19，再放置中间剪切叠环22，最后放置顶部剪切叠环25，各剪切叠环中间圆柱形的填料筒21、24、27的内径与上、下剪切盒2，7的内径一致。最后，将上剪切盒2放置到带槽轨条14之上，剪切时，上剪切盒2保持不动，上剪切盒2与带槽轨条14之间能够相互滑动。同时，叠环榫头20，23，26在带槽轨条14的槽内能够自由移动，也就保证了剪切带土体能够相互错动。带槽轨条14的厚度可以根据土体颗粒的大小或者经验来确定，剪切叠环19、22、25的厚度也可以根据需要来加工，中间剪切叠环22可以设置多块，只要保证所有叠环榫头20，23，26的厚度之和不超过带槽轨条14内槽的高度就可以了。所有构件均采用不锈钢或者铸铁来制作，并打毛刨光。利用现有一般机械厂的设备就可以加工而成，以满足试验者的自身需要。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种测试土体强度的剪切装置，包括上剪切盒(2)和下剪切盒(7)，其特征在于，所述下剪切盒(7)和通过反力支架(I)固定连接在反力板上的上剪切盒(2)之间设有剪切滑动部，所述下剪切盒(7)上设有剪切时约束上剪切盒(2)的约束部件；所述剪切滑动部包括带槽轨条(14)和部分置于带槽轨条(14)的轨条内槽(16)内的多片剪切叠环(19，22，25)；所述上剪切盒(2)、下剪切盒(7)和剪切叠环(19，22，25)均具有用于放置试样(30)的填料筒(3，11，21，24，27)。
2.根据权利要求I所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述约束上剪切盒(2)的约束部件为设置在下剪切盒(7)两侧上端的挡板(9)。
3.根据权利要求I所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述下剪切盒(7)与带槽轨条(14 )之间设有滚珠。
4.根据权利要求2所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述带槽轨条(14)通过轨肩(15)连接在下剪切盒(7)的挡板(9)上。
5.根据权利要求I所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述带槽轨条(14)包括两根，两根带槽轨条(14)的轨条内槽(16)相对设置；每片所述剪切叠环均具有叠环榫头(20，23，26)，置于轨条内槽(16)内的各叠环榫头(20，23，26)可在轨条内槽(16)内自由移动，各叠环榫头(20，23,26)的高度之和不超过带槽轨条(14)的内槽高度。
6.根据权利要求I所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述上剪切盒(2)、下剪切盒(7)和剪切叠环(19，22，25)的填料筒(3，11，21，24，27)内径一致。
7.根据权利要求I所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述上剪切盒(2)的填料筒(3)贯穿上剪切盒(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)高于下剪切盒底面(12)。
8.根据权利要求2或4所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述挡板(9)靠近上剪切盒(2)—侧设置有多个用于放置滚珠的球形圆孔(8)。
9.根据权利要求I或5或6所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述剪切叠环(19，22，25)包括位于上部的顶部剪切叠环(19)、位于中间部位的中间剪切叠环(22)和位于底部的底部剪切叠环(25)。
10.根据权利要求I或3或4或5所述的测试土体强度的剪切装置，其特征在于，所述带槽轨条(14)的高度为 对于粘性土测试，其高度一般可取l-2cm ； 对于粗粒土测试，其高度为粗粒土最大颗粒粒径的O. 5-1倍。
全文摘要
本发明公开了一种测试土体强度的剪切装置。为了解决直剪装置或单剪装置的测量值存在真实性和准确性的问题，所述测试土体强度的剪切装置包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒和上剪切盒之间设有剪切滑动部，所述下剪切盒上设有剪切时约束上剪切盒的约束部件；所述剪切滑动部包括带槽轨条和部分置于带槽轨条的轨条内槽内的多片剪切叠环；所述上剪切盒、下剪切盒和剪切叠环均具有用于放置试样的填料筒。本发明消除了目前剪切试验中所采用的直剪装置以及单剪装置技术上的缺点，从而进一步保证了试验结果的真实性和准确性。
文档编号G01N3/24GK102944486SQ201210455180
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者彭凯, 冯树荣, 蔡昌光 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院
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